JP2004020396A - 圧電／電歪装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】検知機器、例えば、液体容器内の液体の残量又は消費量を検知するための検知機器のセンサーとして好適に用いられる、検知機器に対する実装効率が向上し、かつ検知性能のバラツキが抑制された圧電／電歪装置を提供する。
【解決手段】中央に貫通孔１１を有する基板１と、基板１の貫通孔１１を被覆するように基板１の一方の面側に配設された振動板２と、振動板２の基板１への配設側とは反対側の面に配設された、電圧の印加によって変形駆動して振動板２を振動させる圧電／電歪層３と、圧電／電歪層３を互いに挟持するように配設された上部電極４及び下部電極５と、上部電極４及び下部電極５とそれぞれ電気的に接続された上部電極端子６及び下部電極端子７とを備えた圧電／電歪装置１０であって、基板１の外形形状が、正方形状であり、かつ上部電極端子６及び下部電極端子７が、基板１の正方形状の対角に位置する一組の隅部に、それぞれ配設されてなることを特徴とする圧電／電歪装置。
【選択図】 図１
【解決手段】中央に貫通孔１１を有する基板１と、基板１の貫通孔１１を被覆するように基板１の一方の面側に配設された振動板２と、振動板２の基板１への配設側とは反対側の面に配設された、電圧の印加によって変形駆動して振動板２を振動させる圧電／電歪層３と、圧電／電歪層３を互いに挟持するように配設された上部電極４及び下部電極５と、上部電極４及び下部電極５とそれぞれ電気的に接続された上部電極端子６及び下部電極端子７とを備えた圧電／電歪装置１０であって、基板１の外形形状が、正方形状であり、かつ上部電極端子６及び下部電極端子７が、基板１の正方形状の対角に位置する一組の隅部に、それぞれ配設されてなることを特徴とする圧電／電歪装置。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電／電歪装置に関する。さらに詳しくは、検知機器、例えば、液体容器内の液体の残量又は消費量を検知するための検知機器のセンサーとして好適に用いられる、検知機器に対する実装効率が向上するとともに、検知性能のバラツキが抑制された圧電／電歪装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】検知機器、例えば、インク等の液体を収容する液体容器内の液体の残量又は消費量を検知するための検知機器のセンサーとして、電圧の印加によって変形駆動する圧電／電歪層を備え、この圧電／電歪層の変形駆動によって振動板を振動させ、この振動に伴う音響インピーダンスの変化を検知して（例えば、残留振動によって共振周波数の変化等を検知して）、液体容器内の液体の消費状態を検知する圧電／電歪装置（アクチュエータ）が開示されている（特開２００１−１４６０３０公報）。
【０００３】図２（ａ）、（ｂ）に示すように、特開２００１−１４６０３０公報に記載されたアクチュエータ１０６は、ほぼ中央に円形状の開口１６１を有する基板１７８と、開口１６１を被覆するように基板１７８の一方の面（表面）に配備される振動板１７６と、振動板１７６の表面の側に配置される圧電層１６０と、圧電層１６０を両方から挟み込む上部電極１６４及び下部電極１６６と、上部電極１６４と電気的に結合する上部電極端子１６８と、下部電極１６６と電気的に結合する下部電極端子１７０とを有している。圧電層１６０、上部電極１６４及び下部電極１６６はそれぞれの主要部として円形部分を有している。圧電層１６０、上部電極１６４及び下部電極１６６のそれぞれの円形部分は圧電／電歪素子１７１を形成している。
【０００４】図３に示すように、このアクチュエータ１０６は、モジュール体１００として、その中に一体に組み込まれ、このモジュール体１００が、液体容器、例えば、インクカートリッジの容器の所定個所に装着されて用いられる。図３に示すように、このモジュール体１００は、樹脂からなる液体容器取付部１０１と、プレート１１０及び凹部１１３を有する圧電装置装着部１０５とを含んでいる。さらに、モジュール体１００は、リードワイヤ（リード線）１０４ａ、１０４ｂ、アクチュエータ１０６、及びフィルム１０８を有している。プレート１１０は、ステンレス又はステンレス合金等の錆びにくい材料から形成されている。液体容器取付部１０１に含まれる円柱部１１６及び基台１０２は、リードワイヤ１０４ａ、１０４ｂを収容できるよう中心部に開口部１１４が形成され、アクチュエータ１０６、フィルム１０８、及びプレート１１０を収容できるように凹部１１３が形成されている。アクチュエータ１０６はプレート１１０にフィルム１０８を介して接合され、プレート１１０及びアクチュエータ１０６は液体容器取付部１０１に固定されている。従って、リードワイヤ１０４ａ、１０４ｂ、アクチュエータ１０６、フィルム１０８及びプレート１１０は、液体容器取付部１０１に一体として取り付けられている。リードワイヤ１０４ａ、１０４ｂは、それぞれアクチュエータ１０６の上部電極及び下部電極と結合して圧電層に駆動信号を伝達し、一方、アクチュエータ１０６が検出した共振周波数の信号を記録装置等へ伝達する。アクチュエータ１０６は、リードワイヤ１０４ａ、１０４ｂから伝達された駆動信号に基づいて一時的に発振する。アクチュエータ１０６は発振後に残留振動し、その振動によって逆起電力を発生させる。このとき、逆起電力波形の振動周期を検出することによって、液体容器内の液体の消費状態に対応した共振周波数を検出することができる。フィルム１０８は、アクチュエータ１０６とプレート１１０とを接着してアクチュエータを液密にしている。フィルム１０８は、ポリオレフィン等によって形成され、熱融着で接着されている。アクチュエータ１０６とプレート１１０とをフィルム１０８によって面状に接着して固定することにより、接着の場所によるバラツキをなくし、振動部以外の部分が振動することがない。従って、アクチュエータ１０６をプレート１１０に接着する前後における共振周波数の変化を小さくすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２及び図３に示す圧電／電歪装置（アクチュエータ）１０６は、その外形形状が長方形であり、（接着）フィルム１０８やリードワイヤ１０４ａ、１０４ｂの接続部１２０（図４参照）と接続して、アクチュエータ１０６として一体化して組み込む際（実装する際）の位置合わせ時に、長辺と短辺との長さの相違に基づく方向性を有することから、個々の圧電／電歪装置（アクチュエータ）１０６を一方向にその向きを合わせなければならないという問題があった。すなわち、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、アクチュエータ１０６の外形形状が長方形であることから、図４（ａ）に示す場合には、上部電極端子１６８及び下部電極端子１７０は、リードワイヤ１０４ａ、１０４ｂ（図３参照）の接続部１２０と問題なく接続されるものの、アクチュエータ１０６が時計回りに９０度回転した場合（図４（ｂ）に示す場合）には、接続部１２０のそれぞれが上部電極端子１６８及び下部電極端子１７０のそれぞれと接続して誤接続を引き起こしてしまうという問題があった。また、その短辺方向の幅が狭く、接着フィルム１０８（図３参照）との接着面積（接着代（接着しろ））を十分に取ることが困難で、フィルム１０８（図３参照）の位置ずれによって、熱圧着時に接着剤が基板１７８（図２参照）の開口（貫通孔）１６１（図２参照）内に入り込んだり、接着面積の低下を生じて、接着信頼性を低下させるという問題があった。
【０００６】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、検知機器、例えば、液体容器内の液体の残量又は消費量を検知するための検知機器のセンサーとして好適に用いられる、検知機器に対する実装効率が向上し、かつ検知性能のバラツキが抑制された圧電／電歪装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、基板（装置）の外形形状を正方形状とし、かつ上部電極端子及び下部電極端子を基板の正方形状の対角に位置する一組の隅部にそれぞれ配設することによって、実装効率を向上させ、かつ検知性能のバラツキを抑制することができることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明によって、以下の圧電／電歪装置が提供される。
【０００８】
［１］ 中央に貫通孔を有する基板と、前記基板の貫通孔を被覆するように前記基板の一方の面側に配設された振動板と、前記振動板の前記基板への配設側とは反対側の面に配設された、電圧の印加によって変形駆動して前記振動板を振動させる圧電／電歪層と、前記圧電／電歪層を互いに挟持するように配設された上部電極及び下部電極と、前記上部電極及び下部電極とそれぞれ電気的に接続された上部電極端子及び下部電極端子とを備えた圧電／電歪装置であって、前記基板の外形形状が、正方形状であり、かつ前記上部電極端子及び下部電極端子が、前記基板の正方形状の対角に位置する一組の隅部に、それぞれ配設されてなることを特徴とする圧電／電歪装置。
【０００９】このように構成することによって、全体の面積を大きくすることなしに十分な接着代を確保することができ、接着剤のはみ出し等による接着性能、延いては検知性能のバラツキを抑制することができる。また、実装時の方向性を解消して、検知機器に対する実装効率を向上させることができる。
【００１０】
［２］ 前記上部電極及び下部電極が、前記基板の一組の隅部を結んだ対角線上にそれぞれ配設された状態で、前記上部電極端子及び下部電極端子と電気的に接続された前記［１］に記載の圧電／電歪装置。
【００１１】
［３］ 前記基板の貫通孔の断面形状が円形状であるとともに、前記圧電／電歪層並びに前記上部電極及び下部電極のそれぞれの主要部の外形形状が前記貫通孔と同心の円形状で、これらによって圧電／電歪素子を形成してなる前記［１］又は［２］に記載の圧電／電歪装置。
【００１２】
［４］ 前記上部電極端子及び下部電極端子に、これらの端子のそれぞれと電気的な接続が可能な長さの接続部をそれぞれ有する一組のリード線が接続されてなる前記［１］〜［３］のいずれかに記載の圧電／電歪装置。
【００１３】
［５］ 前記基板の、前記上部電極端子及び下部電極端子が配設されていない他の一組の隅部に、前記上部電極端子及び下部電極端子とから電気的に隔絶された状態で、ダミー端子がそれぞれ配設されてなる前記［１］〜［４］のいずれかに記載の圧電／電歪装置。
【００１４】
［６］ 前記リード線の前記接続部とは異なる部分が、前記圧電／電歪層に電圧を印加して変形駆動させる電源、及び、必要に応じて、前記圧電／電歪層の変形駆動による振動に伴う音響インピーダンスの変化を検知する検知手段に接続されてなる前記［１］〜［５］のいずれかに記載の圧電／電歪装置。
【００１５】
［７］ 液体容器に装着され、前記液体容器内の液体の残量又は消費量を検知するためのセンサーとして用いられる前記［１］〜［６］のいずれかに記載の圧電／電歪装置。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の圧電／電歪装置の実施の形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００１７】図１（ａ）は、本発明の圧電／電歪装置の一の実施の形態を模式的に示す平面図で、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【００１８】図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態の圧電／電歪装置は、中央に（若干ずれてもよい）貫通孔１１を有する基板１と、基板１の貫通孔１１を被覆するように基板１の一方の面側に配設された振動板２と、振動板２の基板１への配設側とは反対側の面に配設された、電圧の印加によって変形駆動して振動板２を振動させる圧電／電歪層３と、圧電／電歪層３を互いに挟持するように配設された上部電極４及び下部電極５と、上部電極４及び下部電極５とそれぞれ電気的に接続された上部電極端子６及び下部電極端子７とを備えた圧電／電歪装置１０であって、基板１の外形形状が、正方形状（厳密な意味での正方形でなくともよい）であり、かつ上部電極端子６及び下部電極端子７が、基板１の正方形状の対角に位置する一組の隅部に、それぞれ配設されてなることを特徴とする。
【００１９】このように、基板１の外形形状、すなわち圧電／電歪装置の全体の外形形状が、正方形状であることから、装置全体の面積を大きくすることなしに十分な接着代を確保することができるとともに、上部電極端子６及び下部電極端子７が、基板１の正方形状の対角に位置する一組の隅部に、それぞれ配設されてなるように構成されていることから、上部電極端子６及び下部電極端子７を９０度回転させた場合であっても、９０度回転させない場合と同様に、その向きを揃えることなしに、後述するリード線の接続部との接続が可能となり、すなわち、その方向性を顧慮することなしに（装置の方向性を解消して）実装することができ、検知機器に対する実装効率を向上させることができる。
【００２０】この場合、上部電極４及び下部電極５が、基板１の一組の隅部を結んだ対角線上にそれぞれ配設された状態で、上部電極端子６及び下部電極端子７と電気的に接続されたものであることが好ましい。
【００２１】このように構成することによって、限られた面積の中で十分な長さの上部電極４及び下部電極５を配設することができ、実装効率を向上させることができる。
【００２２】また、基板１の貫通孔１１の断面形状が円形状であるとともに、圧電／電歪層３並びに上部電極４及び下部電極５のそれぞれの主要部の外形形状が貫通孔１１と同心の円形状で、これらによって圧電／電歪素子９を形成してなるものであることが好ましい。
【００２３】さらに、本実施の形態の圧電／電歪装置は、上部電極端子６及び下部電極端子７に、これらの端子のそれぞれと電気的な接続が可能な長さの接続部をそれぞれ有する一組のリード線（図３参照）が接続されてなるものであってもよい。
【００２４】図１（ａ）、（ｂ）に示すような、上部電極端子６及び下部電極端子７が、基板１の正方形状の対角に位置する一組の隅部に、それぞれ配設されてなるように構成されている場合、リード線の接続部は、上部電極端子６及び下部電極端子７が９０度回転した場合であっても、これらの端子との適正な接続を実現するため所定長さを有するものであることが好ましい。
【００２５】例えば、正方形である装置１０（基板１）の一辺の長さをｓとし、上部電極端子６及び下部電極端子７が長方形で、それぞれの装置１０（基板１）の外周と接する辺をａ、ｂ及びｃ、ｄとした場合、一組の（二本の）リード線の接続部のそれぞれの長さは、［ｓ−（ｂ＋ｃ）］及び［ｓ−（ａ＋ｄ）］のうち、いずれか大きい方の長さであることが好ましい。このような長さを有するリード線の接続部は、上部電極端子６及び下部電極端子７が９０度回転した場合であっても、確実に上部電極端子６及び下部電極端子７と接続することができる。この場合、一組の（二本の）リード線のそれぞれの接続部は、装置１０（基板１）の中心線に対して、線対称に構成されていることが好ましい。なお、上記の例は、上部電極端子６及び下部電極端子７のそれぞれの辺ａ、ｂ、ｃ、ｄが、装置１０（基板１）の外周と接する場合であるが、接することなく、若干内方に位置するようにしてもよい。また、図５に示すような形状の、上部電極端子６及び下部電極端子７とリード線の接続部１２０とを接続させてもよい。
【００２６】また、基板１の、上部電極端子６及び下部電極端子７が配設されていない他の一組の隅部に、上部電極端子６及び下部電極端子７とから電気的に隔絶された状態で、ダミー端子８がそれぞれ配設されてなるものであることが好ましい。
【００２７】装置１０の厚さは、上部電極端子６及び下部電極端子７が配設されている部分に比べ、上部電極端子６及び下部電極端子７が配設されていない他の一組の隅部で相対的に薄くなっており、このままでは平坦性に欠けることになり、装置を他の部品に接着等する際、阻害要因となることがある。このように、上部電極端子６及び下部電極端子７と同程度の厚さのダミー端子８を配設することによって、平坦性の問題を解消することができる。この場合、ダミー端子８の材質としては特に制限はないが、コストの面からして、上部電極端子６及び下部電極端子７と同様の材質ものから、同一の工程で配設することが好ましい。
【００２８】本実施の形態の圧電／電歪装置は、リード線の接続部とは異なる部分が、圧電／電歪層に電圧を印加して変形駆動させる電源、及び、必要に応じて、圧電／電歪層の変形駆動による振動に伴う音響インピーダンスの変化を検知する検知手段に接続されてなるものであってもよい。
【００２９】本実施の形態の圧電／電歪装置は、液体容器に装着され、液体容器内の液体の残量又は消費量を検知するためのセンサーとして有効に用いられる。
【００３０】本実施の形態に用いられる圧電／電歪素子は、板状の圧電／電歪層の両面に電極を取り付けることにより構成されるが、その形状としては特に制限はなく、例えば、矩形状、円形状、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。中でも、上述のように円形状であることが好ましい。
【００３１】本実施の形態に用いられる圧電／電歪層（圧電体）としては、例えば、圧電性セラミックスを挙げることができるが、電歪セラミックスや強誘電体セラミックスでもよく、分極処理をしたものであってもよく、していないものであってもよい。また、セラミックス以外の材料から構成されたものであってもよく、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子材料からなる圧電体又はこれら高分子とセラミックスとの複合体を用いることもできる。なお、高分子材料を含む場合には、検知すべき液体が高分子材料に接触しない構成とするのが好ましい。
【００３２】上記圧電性セラミックスとしては、例えば、ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモン錫酸鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウム等又はこれらの混合物を含むセラミックスを挙げることができる。中でも、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含有するセラミックスが好ましい。なお、例示した化合物成分が５０質量％以上の主成分として含有されるセラミックスであってもよい。
【００３３】また、上記セラミックスには適宜添加材を加えることも可能であり、例えば、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、マンガン等の酸化物もしくはこれらの任意の混合物又は他の化合物を添加したセラミックスを用いることができる。マグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛とチタン酸鉛とを主成分とし、さらに、ランタンやストロンチウムを含有するセラミックスや、ビスマス系の圧電セラミックスを用いてもよい。
【００３４】また、上記圧電／電歪層（圧電体）は緻密質でも多孔質であってもよいが、多孔質の場合、その気孔率は４０％以下であるものが好ましい。
【００３５】なお、圧電／電歪層（圧電体）の振動方式としては特に制限はないが、圧電／電歪層（圧電体）が板状をなす場合には、厚さ方向に屈曲変位が発現するものであるのが好ましい。また、圧電／電歪層（圧電体）が振動する際の振幅は小さければ小さいほどよく、これにより、流体に脈動を発生することを防止して、検知精度を向上させることができる。
【００３６】また、圧電／電歪層（圧電体）の厚さも特に制限はなく、検知精度、流体の種類、検知機器の配置場所等に応じて適宜変更することできるが、１〜１００μｍ程度とするのが好ましく、５〜５０μｍ程度がさらに好ましく、５〜３０μｍ程度とするのが特に好ましい。圧電／電歪層（圧電体）と電極の多層構造体としてもよい。
【００３７】電極の材質としては、常温で固体であり導電性を有するものであれば特に制限はなく、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、ロジウム、銀、錫、タンタル、タングステン、イリジウム、白金、金、鉛等を任意の組み合わせで含有する金属又は合金を挙げることができる。中でも、白金、ロジウム、パラジウム等の白金族金属又はこれらを含有する銀−白金、白金−パラジウム等の合金を主成分とするものが電極材料として好ましく、耐久性の観点からは銅、銀及び金が好ましい。
【００３８】なお、振動板と当接させる場合に接着剤を用いないで両者を接合することが好ましいことからすると、高融点金属が好ましく、この場合には、例えば、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、チタン、クロム、モリブデン、タンタル、タングステン、ニッケル、コバルト等を任意の組み合わせで含有する金属単体又は合金を好適例として挙げることができる。中でも、白金、ロジウム、パラジウム等の白金族金属又はこれらを含有する銀−白金、白金−パラジウム等の合金を主成分とするものが、高融点且つ化学的安定性からさらに好ましい。
【００３９】また、上記高融点金属と、アルミナ、ジルコニア、シリカ等とを含有するサーメットを用いることもできる。
【００４０】電極の厚さは、特に制限はないが、通常０．１〜５０μｍとするのが好ましい。
【００４１】電極の形成方法としては、低コストの観点からスクリーン印刷法を用いることができるが、スパッタリング、転写、筆塗り等を用いてもよい。
【００４２】本実施の形態に用いられる振動板は、圧電／電歪層（圧電体）素子の変形駆動（振動）に対応して振動させるために用いられる。振動板の形状としては特に制限はなく、種々の形状を採ることができ、その厚さとしては、１〜１００μｍが好ましく、３〜５０μｍがさらに好ましく、５〜２０μｍが特に好ましい。
【００４３】振動板の材質としては、特に制限はないが、電極と振動板とを接着剤を用いずに熱圧着又は焼結により接合することがあること、流体が有機溶剤を含有することがあること、並びに電極及びこれと接続されるリード線等が導電性を有すること等の理由から、例えば、耐熱性、化学的安定性、絶縁性を有するものが好ましい。
【００４４】具体的には、例えば、耐熱性を有する金属をガラス等のセラミックスで被覆したものやセラミックス自体を挙げることができる。中でも、セラミックス自体で形成されたものがさらに好ましい。
【００４５】この場合、用いることができるセラミックスとしては、例えば、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪素及びガラス等を挙げることができる。中でも、安定化された酸化ジルコニウムは、振動板を薄く形成した場合にも機械的強度を高く保持できること、靱性に優れること、並びに圧電／電歪層（圧電体）及び電極との化学反応性が低いことなどから好ましい。
【００４６】ここで、上述の「安定化された酸化ジルコニウム」には、安定化酸化ジルコニウムと部分安定化酸化ジルコニウムが含まれる。安定化された酸化ジルコニウムは立方晶等の結晶構造を採るため相転移を起こさないが、完全に安定化されていない酸化ジルコニウムは１０００℃前後において単斜晶と正方晶との間で相転移を起こし、この相転移の際にクラックを発生することがある。
【００４７】また、「安定化された酸化ジルコニウム」は、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化イッテルビウム、酸化セリウム又は希土類金属酸化物等の安定化剤を１〜３０モル％含有するが、振動板の機械的強度を向上させるためには安定化剤として酸化イットリウムを含んだものが好ましい。この場合、酸化イットリウムの含有量としては、１．５〜６モル％が好ましく、２〜４モル％がさらに好ましい。なお、「安定化された酸化ジルコニウム」の主たる結晶相は、立方晶と単斜晶との混合系、正方晶と単斜晶との混合系、立方晶と正方晶と単斜晶との混合系、正方晶と立方晶との混合系、正方晶であってもよいが、中でも、長期信頼性を考慮すれば、正方晶、又は正方晶と立方晶とが混在したものが好ましい。また、「安定化された酸化ジルコニウム」は、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、粘土等の焼結助剤を適宜含んだものであってもよい。
【００４８】また、振動板を構成するセラミックスとしては、０．５〜５質量％の酸化珪素を含んだものが好ましく、１〜３質量％の酸化珪素を含んだものがさらに好ましい。これは、圧電／電歪層（圧電体）を熱処理により形成する際、酸化珪素によって振動板と圧電／電歪層（圧電体）との過剰な反応が回避されるので、良好な圧電体特性を得ることができるからである。
【００４９】なお、振動板がセラミックスから形成される場合には、多数の結晶粒が振動板を構成することになるが、結晶粒の平均粒径は、振動板の機械的強度を向上させるため、０．０５〜２μｍであることが好ましく、０．１〜１μｍであることがさらに好ましい。
【００５０】本実施の形態において、必要に応じて用いられる圧電／電歪層（圧電体）を変形駆動させるため電圧を印可する電源としては、周波数可変電源のみならず、所定の圧電／電歪層（圧電体）に対して、周波数近傍の周波数に固定した周波数固定電源を挙げることができ、さらには、特別の周波数発生源を利用しない自励式の発振回路によるものを挙げることができる。中でも、自励式の発振回路によって振動子を振動させる形式のものが、電源自体を安価に作製できるため好ましい。
【００５１】なお、発振回路としてはトランジスタを利用したものを挙げることができるが、その他にもＣＭＯＳインバータ、ＴＴＬインバータ、コンパレータ等を適宜利用したものを用いてもよい。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によって、検知機器、例えば、液体容器内の液体の残量又は消費量を検知するための検知機器のセンサーとして好適に用いられる、検知機器に対する実装効率が向上するとともに、検知性能のバラツキが抑制された圧電／電歪装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の圧電／電歪装置の一の実施の形態を模式的に示す平面図で、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図２】図２（ａ）は、従来の圧電／電歪装置（アクチュエータ）の一例を模式的に示す平面図で、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図３】図２（ａ）、（ｂ）に示す従来の圧電／電歪装置（アクチュエータ）が組み込まれたモジュール体を模式的に示す分解斜視図である。
【図４】図２（ａ）、（ｂ）に示す従来の圧電／電歪装置（アクチュエータ）が実装される際の位置合わせ時に、長辺と短辺との長さの相違に基づく方向性を有することを模式的に示す平面図で、図４（ａ）は、９０度回転前のリード線の接続部と端子との接続状況を示し、図４（ｂ）は、９０度回転後のリード線の接続部と端子との接続状況（誤接続）を示す。
【図５】本発明の圧電／電歪装置の一の実施の形態におけるリード線の接続部と端子との接続関係の他の例を模式的に示す平面図で、図５（ａ）は、９０度回転前のリード線の接続部と端子との接続状況を示し、図５（ｂ）は、９０度回転後のリード線の接続部と端子との接続状況を示す。
【符号の説明】
１…基板、２…振動板、３…圧電／電歪層、４…上部電極、５…下部電極、６…上部電極端子、７…下部電極端子、８…ダミー端子、９…圧電／電歪素子、１０…圧電／電歪装置、１１…貫通孔、１００…モジュール体、１０１…液体容器取付部、１０２…基台、１０４ａ、１０４ｂ…リードワイヤ（リード線）、１０５…圧電装置装着部、１０６…アクチュエータ、１０８…フィルム、１１０…プレート、１１３…凹部、１１４…開口部、１１６…円柱部、１２０…接続部、１６０…圧電層、１６１…開口、１６４…上部電極、１６６…下部電極、１６８…上部電極端子、１７０…下部電極端子、１７１…圧電／電歪素子、１７６…振動板、１７８…基板。
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電／電歪装置に関する。さらに詳しくは、検知機器、例えば、液体容器内の液体の残量又は消費量を検知するための検知機器のセンサーとして好適に用いられる、検知機器に対する実装効率が向上するとともに、検知性能のバラツキが抑制された圧電／電歪装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】検知機器、例えば、インク等の液体を収容する液体容器内の液体の残量又は消費量を検知するための検知機器のセンサーとして、電圧の印加によって変形駆動する圧電／電歪層を備え、この圧電／電歪層の変形駆動によって振動板を振動させ、この振動に伴う音響インピーダンスの変化を検知して（例えば、残留振動によって共振周波数の変化等を検知して）、液体容器内の液体の消費状態を検知する圧電／電歪装置（アクチュエータ）が開示されている（特開２００１−１４６０３０公報）。
【０００３】図２（ａ）、（ｂ）に示すように、特開２００１−１４６０３０公報に記載されたアクチュエータ１０６は、ほぼ中央に円形状の開口１６１を有する基板１７８と、開口１６１を被覆するように基板１７８の一方の面（表面）に配備される振動板１７６と、振動板１７６の表面の側に配置される圧電層１６０と、圧電層１６０を両方から挟み込む上部電極１６４及び下部電極１６６と、上部電極１６４と電気的に結合する上部電極端子１６８と、下部電極１６６と電気的に結合する下部電極端子１７０とを有している。圧電層１６０、上部電極１６４及び下部電極１６６はそれぞれの主要部として円形部分を有している。圧電層１６０、上部電極１６４及び下部電極１６６のそれぞれの円形部分は圧電／電歪素子１７１を形成している。
【０００４】図３に示すように、このアクチュエータ１０６は、モジュール体１００として、その中に一体に組み込まれ、このモジュール体１００が、液体容器、例えば、インクカートリッジの容器の所定個所に装着されて用いられる。図３に示すように、このモジュール体１００は、樹脂からなる液体容器取付部１０１と、プレート１１０及び凹部１１３を有する圧電装置装着部１０５とを含んでいる。さらに、モジュール体１００は、リードワイヤ（リード線）１０４ａ、１０４ｂ、アクチュエータ１０６、及びフィルム１０８を有している。プレート１１０は、ステンレス又はステンレス合金等の錆びにくい材料から形成されている。液体容器取付部１０１に含まれる円柱部１１６及び基台１０２は、リードワイヤ１０４ａ、１０４ｂを収容できるよう中心部に開口部１１４が形成され、アクチュエータ１０６、フィルム１０８、及びプレート１１０を収容できるように凹部１１３が形成されている。アクチュエータ１０６はプレート１１０にフィルム１０８を介して接合され、プレート１１０及びアクチュエータ１０６は液体容器取付部１０１に固定されている。従って、リードワイヤ１０４ａ、１０４ｂ、アクチュエータ１０６、フィルム１０８及びプレート１１０は、液体容器取付部１０１に一体として取り付けられている。リードワイヤ１０４ａ、１０４ｂは、それぞれアクチュエータ１０６の上部電極及び下部電極と結合して圧電層に駆動信号を伝達し、一方、アクチュエータ１０６が検出した共振周波数の信号を記録装置等へ伝達する。アクチュエータ１０６は、リードワイヤ１０４ａ、１０４ｂから伝達された駆動信号に基づいて一時的に発振する。アクチュエータ１０６は発振後に残留振動し、その振動によって逆起電力を発生させる。このとき、逆起電力波形の振動周期を検出することによって、液体容器内の液体の消費状態に対応した共振周波数を検出することができる。フィルム１０８は、アクチュエータ１０６とプレート１１０とを接着してアクチュエータを液密にしている。フィルム１０８は、ポリオレフィン等によって形成され、熱融着で接着されている。アクチュエータ１０６とプレート１１０とをフィルム１０８によって面状に接着して固定することにより、接着の場所によるバラツキをなくし、振動部以外の部分が振動することがない。従って、アクチュエータ１０６をプレート１１０に接着する前後における共振周波数の変化を小さくすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２及び図３に示す圧電／電歪装置（アクチュエータ）１０６は、その外形形状が長方形であり、（接着）フィルム１０８やリードワイヤ１０４ａ、１０４ｂの接続部１２０（図４参照）と接続して、アクチュエータ１０６として一体化して組み込む際（実装する際）の位置合わせ時に、長辺と短辺との長さの相違に基づく方向性を有することから、個々の圧電／電歪装置（アクチュエータ）１０６を一方向にその向きを合わせなければならないという問題があった。すなわち、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、アクチュエータ１０６の外形形状が長方形であることから、図４（ａ）に示す場合には、上部電極端子１６８及び下部電極端子１７０は、リードワイヤ１０４ａ、１０４ｂ（図３参照）の接続部１２０と問題なく接続されるものの、アクチュエータ１０６が時計回りに９０度回転した場合（図４（ｂ）に示す場合）には、接続部１２０のそれぞれが上部電極端子１６８及び下部電極端子１７０のそれぞれと接続して誤接続を引き起こしてしまうという問題があった。また、その短辺方向の幅が狭く、接着フィルム１０８（図３参照）との接着面積（接着代（接着しろ））を十分に取ることが困難で、フィルム１０８（図３参照）の位置ずれによって、熱圧着時に接着剤が基板１７８（図２参照）の開口（貫通孔）１６１（図２参照）内に入り込んだり、接着面積の低下を生じて、接着信頼性を低下させるという問題があった。
【０００６】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、検知機器、例えば、液体容器内の液体の残量又は消費量を検知するための検知機器のセンサーとして好適に用いられる、検知機器に対する実装効率が向上し、かつ検知性能のバラツキが抑制された圧電／電歪装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、基板（装置）の外形形状を正方形状とし、かつ上部電極端子及び下部電極端子を基板の正方形状の対角に位置する一組の隅部にそれぞれ配設することによって、実装効率を向上させ、かつ検知性能のバラツキを抑制することができることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明によって、以下の圧電／電歪装置が提供される。
【０００８】
［１］ 中央に貫通孔を有する基板と、前記基板の貫通孔を被覆するように前記基板の一方の面側に配設された振動板と、前記振動板の前記基板への配設側とは反対側の面に配設された、電圧の印加によって変形駆動して前記振動板を振動させる圧電／電歪層と、前記圧電／電歪層を互いに挟持するように配設された上部電極及び下部電極と、前記上部電極及び下部電極とそれぞれ電気的に接続された上部電極端子及び下部電極端子とを備えた圧電／電歪装置であって、前記基板の外形形状が、正方形状であり、かつ前記上部電極端子及び下部電極端子が、前記基板の正方形状の対角に位置する一組の隅部に、それぞれ配設されてなることを特徴とする圧電／電歪装置。
【０００９】このように構成することによって、全体の面積を大きくすることなしに十分な接着代を確保することができ、接着剤のはみ出し等による接着性能、延いては検知性能のバラツキを抑制することができる。また、実装時の方向性を解消して、検知機器に対する実装効率を向上させることができる。
【００１０】
［２］ 前記上部電極及び下部電極が、前記基板の一組の隅部を結んだ対角線上にそれぞれ配設された状態で、前記上部電極端子及び下部電極端子と電気的に接続された前記［１］に記載の圧電／電歪装置。
【００１１】
［３］ 前記基板の貫通孔の断面形状が円形状であるとともに、前記圧電／電歪層並びに前記上部電極及び下部電極のそれぞれの主要部の外形形状が前記貫通孔と同心の円形状で、これらによって圧電／電歪素子を形成してなる前記［１］又は［２］に記載の圧電／電歪装置。
【００１２】
［４］ 前記上部電極端子及び下部電極端子に、これらの端子のそれぞれと電気的な接続が可能な長さの接続部をそれぞれ有する一組のリード線が接続されてなる前記［１］〜［３］のいずれかに記載の圧電／電歪装置。
【００１３】
［５］ 前記基板の、前記上部電極端子及び下部電極端子が配設されていない他の一組の隅部に、前記上部電極端子及び下部電極端子とから電気的に隔絶された状態で、ダミー端子がそれぞれ配設されてなる前記［１］〜［４］のいずれかに記載の圧電／電歪装置。
【００１４】
［６］ 前記リード線の前記接続部とは異なる部分が、前記圧電／電歪層に電圧を印加して変形駆動させる電源、及び、必要に応じて、前記圧電／電歪層の変形駆動による振動に伴う音響インピーダンスの変化を検知する検知手段に接続されてなる前記［１］〜［５］のいずれかに記載の圧電／電歪装置。
【００１５】
［７］ 液体容器に装着され、前記液体容器内の液体の残量又は消費量を検知するためのセンサーとして用いられる前記［１］〜［６］のいずれかに記載の圧電／電歪装置。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の圧電／電歪装置の実施の形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００１７】図１（ａ）は、本発明の圧電／電歪装置の一の実施の形態を模式的に示す平面図で、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【００１８】図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態の圧電／電歪装置は、中央に（若干ずれてもよい）貫通孔１１を有する基板１と、基板１の貫通孔１１を被覆するように基板１の一方の面側に配設された振動板２と、振動板２の基板１への配設側とは反対側の面に配設された、電圧の印加によって変形駆動して振動板２を振動させる圧電／電歪層３と、圧電／電歪層３を互いに挟持するように配設された上部電極４及び下部電極５と、上部電極４及び下部電極５とそれぞれ電気的に接続された上部電極端子６及び下部電極端子７とを備えた圧電／電歪装置１０であって、基板１の外形形状が、正方形状（厳密な意味での正方形でなくともよい）であり、かつ上部電極端子６及び下部電極端子７が、基板１の正方形状の対角に位置する一組の隅部に、それぞれ配設されてなることを特徴とする。
【００１９】このように、基板１の外形形状、すなわち圧電／電歪装置の全体の外形形状が、正方形状であることから、装置全体の面積を大きくすることなしに十分な接着代を確保することができるとともに、上部電極端子６及び下部電極端子７が、基板１の正方形状の対角に位置する一組の隅部に、それぞれ配設されてなるように構成されていることから、上部電極端子６及び下部電極端子７を９０度回転させた場合であっても、９０度回転させない場合と同様に、その向きを揃えることなしに、後述するリード線の接続部との接続が可能となり、すなわち、その方向性を顧慮することなしに（装置の方向性を解消して）実装することができ、検知機器に対する実装効率を向上させることができる。
【００２０】この場合、上部電極４及び下部電極５が、基板１の一組の隅部を結んだ対角線上にそれぞれ配設された状態で、上部電極端子６及び下部電極端子７と電気的に接続されたものであることが好ましい。
【００２１】このように構成することによって、限られた面積の中で十分な長さの上部電極４及び下部電極５を配設することができ、実装効率を向上させることができる。
【００２２】また、基板１の貫通孔１１の断面形状が円形状であるとともに、圧電／電歪層３並びに上部電極４及び下部電極５のそれぞれの主要部の外形形状が貫通孔１１と同心の円形状で、これらによって圧電／電歪素子９を形成してなるものであることが好ましい。
【００２３】さらに、本実施の形態の圧電／電歪装置は、上部電極端子６及び下部電極端子７に、これらの端子のそれぞれと電気的な接続が可能な長さの接続部をそれぞれ有する一組のリード線（図３参照）が接続されてなるものであってもよい。
【００２４】図１（ａ）、（ｂ）に示すような、上部電極端子６及び下部電極端子７が、基板１の正方形状の対角に位置する一組の隅部に、それぞれ配設されてなるように構成されている場合、リード線の接続部は、上部電極端子６及び下部電極端子７が９０度回転した場合であっても、これらの端子との適正な接続を実現するため所定長さを有するものであることが好ましい。
【００２５】例えば、正方形である装置１０（基板１）の一辺の長さをｓとし、上部電極端子６及び下部電極端子７が長方形で、それぞれの装置１０（基板１）の外周と接する辺をａ、ｂ及びｃ、ｄとした場合、一組の（二本の）リード線の接続部のそれぞれの長さは、［ｓ−（ｂ＋ｃ）］及び［ｓ−（ａ＋ｄ）］のうち、いずれか大きい方の長さであることが好ましい。このような長さを有するリード線の接続部は、上部電極端子６及び下部電極端子７が９０度回転した場合であっても、確実に上部電極端子６及び下部電極端子７と接続することができる。この場合、一組の（二本の）リード線のそれぞれの接続部は、装置１０（基板１）の中心線に対して、線対称に構成されていることが好ましい。なお、上記の例は、上部電極端子６及び下部電極端子７のそれぞれの辺ａ、ｂ、ｃ、ｄが、装置１０（基板１）の外周と接する場合であるが、接することなく、若干内方に位置するようにしてもよい。また、図５に示すような形状の、上部電極端子６及び下部電極端子７とリード線の接続部１２０とを接続させてもよい。
【００２６】また、基板１の、上部電極端子６及び下部電極端子７が配設されていない他の一組の隅部に、上部電極端子６及び下部電極端子７とから電気的に隔絶された状態で、ダミー端子８がそれぞれ配設されてなるものであることが好ましい。
【００２７】装置１０の厚さは、上部電極端子６及び下部電極端子７が配設されている部分に比べ、上部電極端子６及び下部電極端子７が配設されていない他の一組の隅部で相対的に薄くなっており、このままでは平坦性に欠けることになり、装置を他の部品に接着等する際、阻害要因となることがある。このように、上部電極端子６及び下部電極端子７と同程度の厚さのダミー端子８を配設することによって、平坦性の問題を解消することができる。この場合、ダミー端子８の材質としては特に制限はないが、コストの面からして、上部電極端子６及び下部電極端子７と同様の材質ものから、同一の工程で配設することが好ましい。
【００２８】本実施の形態の圧電／電歪装置は、リード線の接続部とは異なる部分が、圧電／電歪層に電圧を印加して変形駆動させる電源、及び、必要に応じて、圧電／電歪層の変形駆動による振動に伴う音響インピーダンスの変化を検知する検知手段に接続されてなるものであってもよい。
【００２９】本実施の形態の圧電／電歪装置は、液体容器に装着され、液体容器内の液体の残量又は消費量を検知するためのセンサーとして有効に用いられる。
【００３０】本実施の形態に用いられる圧電／電歪素子は、板状の圧電／電歪層の両面に電極を取り付けることにより構成されるが、その形状としては特に制限はなく、例えば、矩形状、円形状、又はこれらの組み合わせを挙げることができる。中でも、上述のように円形状であることが好ましい。
【００３１】本実施の形態に用いられる圧電／電歪層（圧電体）としては、例えば、圧電性セラミックスを挙げることができるが、電歪セラミックスや強誘電体セラミックスでもよく、分極処理をしたものであってもよく、していないものであってもよい。また、セラミックス以外の材料から構成されたものであってもよく、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子材料からなる圧電体又はこれら高分子とセラミックスとの複合体を用いることもできる。なお、高分子材料を含む場合には、検知すべき液体が高分子材料に接触しない構成とするのが好ましい。
【００３２】上記圧電性セラミックスとしては、例えば、ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモン錫酸鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウム等又はこれらの混合物を含むセラミックスを挙げることができる。中でも、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含有するセラミックスが好ましい。なお、例示した化合物成分が５０質量％以上の主成分として含有されるセラミックスであってもよい。
【００３３】また、上記セラミックスには適宜添加材を加えることも可能であり、例えば、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、マンガン等の酸化物もしくはこれらの任意の混合物又は他の化合物を添加したセラミックスを用いることができる。マグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛とチタン酸鉛とを主成分とし、さらに、ランタンやストロンチウムを含有するセラミックスや、ビスマス系の圧電セラミックスを用いてもよい。
【００３４】また、上記圧電／電歪層（圧電体）は緻密質でも多孔質であってもよいが、多孔質の場合、その気孔率は４０％以下であるものが好ましい。
【００３５】なお、圧電／電歪層（圧電体）の振動方式としては特に制限はないが、圧電／電歪層（圧電体）が板状をなす場合には、厚さ方向に屈曲変位が発現するものであるのが好ましい。また、圧電／電歪層（圧電体）が振動する際の振幅は小さければ小さいほどよく、これにより、流体に脈動を発生することを防止して、検知精度を向上させることができる。
【００３６】また、圧電／電歪層（圧電体）の厚さも特に制限はなく、検知精度、流体の種類、検知機器の配置場所等に応じて適宜変更することできるが、１〜１００μｍ程度とするのが好ましく、５〜５０μｍ程度がさらに好ましく、５〜３０μｍ程度とするのが特に好ましい。圧電／電歪層（圧電体）と電極の多層構造体としてもよい。
【００３７】電極の材質としては、常温で固体であり導電性を有するものであれば特に制限はなく、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、ロジウム、銀、錫、タンタル、タングステン、イリジウム、白金、金、鉛等を任意の組み合わせで含有する金属又は合金を挙げることができる。中でも、白金、ロジウム、パラジウム等の白金族金属又はこれらを含有する銀−白金、白金−パラジウム等の合金を主成分とするものが電極材料として好ましく、耐久性の観点からは銅、銀及び金が好ましい。
【００３８】なお、振動板と当接させる場合に接着剤を用いないで両者を接合することが好ましいことからすると、高融点金属が好ましく、この場合には、例えば、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、チタン、クロム、モリブデン、タンタル、タングステン、ニッケル、コバルト等を任意の組み合わせで含有する金属単体又は合金を好適例として挙げることができる。中でも、白金、ロジウム、パラジウム等の白金族金属又はこれらを含有する銀−白金、白金−パラジウム等の合金を主成分とするものが、高融点且つ化学的安定性からさらに好ましい。
【００３９】また、上記高融点金属と、アルミナ、ジルコニア、シリカ等とを含有するサーメットを用いることもできる。
【００４０】電極の厚さは、特に制限はないが、通常０．１〜５０μｍとするのが好ましい。
【００４１】電極の形成方法としては、低コストの観点からスクリーン印刷法を用いることができるが、スパッタリング、転写、筆塗り等を用いてもよい。
【００４２】本実施の形態に用いられる振動板は、圧電／電歪層（圧電体）素子の変形駆動（振動）に対応して振動させるために用いられる。振動板の形状としては特に制限はなく、種々の形状を採ることができ、その厚さとしては、１〜１００μｍが好ましく、３〜５０μｍがさらに好ましく、５〜２０μｍが特に好ましい。
【００４３】振動板の材質としては、特に制限はないが、電極と振動板とを接着剤を用いずに熱圧着又は焼結により接合することがあること、流体が有機溶剤を含有することがあること、並びに電極及びこれと接続されるリード線等が導電性を有すること等の理由から、例えば、耐熱性、化学的安定性、絶縁性を有するものが好ましい。
【００４４】具体的には、例えば、耐熱性を有する金属をガラス等のセラミックスで被覆したものやセラミックス自体を挙げることができる。中でも、セラミックス自体で形成されたものがさらに好ましい。
【００４５】この場合、用いることができるセラミックスとしては、例えば、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、ムライト、窒化アルミニウム、窒化珪素及びガラス等を挙げることができる。中でも、安定化された酸化ジルコニウムは、振動板を薄く形成した場合にも機械的強度を高く保持できること、靱性に優れること、並びに圧電／電歪層（圧電体）及び電極との化学反応性が低いことなどから好ましい。
【００４６】ここで、上述の「安定化された酸化ジルコニウム」には、安定化酸化ジルコニウムと部分安定化酸化ジルコニウムが含まれる。安定化された酸化ジルコニウムは立方晶等の結晶構造を採るため相転移を起こさないが、完全に安定化されていない酸化ジルコニウムは１０００℃前後において単斜晶と正方晶との間で相転移を起こし、この相転移の際にクラックを発生することがある。
【００４７】また、「安定化された酸化ジルコニウム」は、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化イッテルビウム、酸化セリウム又は希土類金属酸化物等の安定化剤を１〜３０モル％含有するが、振動板の機械的強度を向上させるためには安定化剤として酸化イットリウムを含んだものが好ましい。この場合、酸化イットリウムの含有量としては、１．５〜６モル％が好ましく、２〜４モル％がさらに好ましい。なお、「安定化された酸化ジルコニウム」の主たる結晶相は、立方晶と単斜晶との混合系、正方晶と単斜晶との混合系、立方晶と正方晶と単斜晶との混合系、正方晶と立方晶との混合系、正方晶であってもよいが、中でも、長期信頼性を考慮すれば、正方晶、又は正方晶と立方晶とが混在したものが好ましい。また、「安定化された酸化ジルコニウム」は、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、粘土等の焼結助剤を適宜含んだものであってもよい。
【００４８】また、振動板を構成するセラミックスとしては、０．５〜５質量％の酸化珪素を含んだものが好ましく、１〜３質量％の酸化珪素を含んだものがさらに好ましい。これは、圧電／電歪層（圧電体）を熱処理により形成する際、酸化珪素によって振動板と圧電／電歪層（圧電体）との過剰な反応が回避されるので、良好な圧電体特性を得ることができるからである。
【００４９】なお、振動板がセラミックスから形成される場合には、多数の結晶粒が振動板を構成することになるが、結晶粒の平均粒径は、振動板の機械的強度を向上させるため、０．０５〜２μｍであることが好ましく、０．１〜１μｍであることがさらに好ましい。
【００５０】本実施の形態において、必要に応じて用いられる圧電／電歪層（圧電体）を変形駆動させるため電圧を印可する電源としては、周波数可変電源のみならず、所定の圧電／電歪層（圧電体）に対して、周波数近傍の周波数に固定した周波数固定電源を挙げることができ、さらには、特別の周波数発生源を利用しない自励式の発振回路によるものを挙げることができる。中でも、自励式の発振回路によって振動子を振動させる形式のものが、電源自体を安価に作製できるため好ましい。
【００５１】なお、発振回路としてはトランジスタを利用したものを挙げることができるが、その他にもＣＭＯＳインバータ、ＴＴＬインバータ、コンパレータ等を適宜利用したものを用いてもよい。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によって、検知機器、例えば、液体容器内の液体の残量又は消費量を検知するための検知機器のセンサーとして好適に用いられる、検知機器に対する実装効率が向上するとともに、検知性能のバラツキが抑制された圧電／電歪装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の圧電／電歪装置の一の実施の形態を模式的に示す平面図で、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図２】図２（ａ）は、従来の圧電／電歪装置（アクチュエータ）の一例を模式的に示す平面図で、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図３】図２（ａ）、（ｂ）に示す従来の圧電／電歪装置（アクチュエータ）が組み込まれたモジュール体を模式的に示す分解斜視図である。
【図４】図２（ａ）、（ｂ）に示す従来の圧電／電歪装置（アクチュエータ）が実装される際の位置合わせ時に、長辺と短辺との長さの相違に基づく方向性を有することを模式的に示す平面図で、図４（ａ）は、９０度回転前のリード線の接続部と端子との接続状況を示し、図４（ｂ）は、９０度回転後のリード線の接続部と端子との接続状況（誤接続）を示す。
【図５】本発明の圧電／電歪装置の一の実施の形態におけるリード線の接続部と端子との接続関係の他の例を模式的に示す平面図で、図５（ａ）は、９０度回転前のリード線の接続部と端子との接続状況を示し、図５（ｂ）は、９０度回転後のリード線の接続部と端子との接続状況を示す。
【符号の説明】
１…基板、２…振動板、３…圧電／電歪層、４…上部電極、５…下部電極、６…上部電極端子、７…下部電極端子、８…ダミー端子、９…圧電／電歪素子、１０…圧電／電歪装置、１１…貫通孔、１００…モジュール体、１０１…液体容器取付部、１０２…基台、１０４ａ、１０４ｂ…リードワイヤ（リード線）、１０５…圧電装置装着部、１０６…アクチュエータ、１０８…フィルム、１１０…プレート、１１３…凹部、１１４…開口部、１１６…円柱部、１２０…接続部、１６０…圧電層、１６１…開口、１６４…上部電極、１６６…下部電極、１６８…上部電極端子、１７０…下部電極端子、１７１…圧電／電歪素子、１７６…振動板、１７８…基板。
Claims (7)
- 中央に貫通孔を有する基板と、前記基板の貫通孔を被覆するように前記基板の一方の面側に配設された振動板と、前記振動板の前記基板への配設側とは反対側の面に配設された、電圧の印加によって変形駆動して前記振動板を振動させる圧電／電歪層と、前記圧電／電歪層を互いに挟持するように配設された上部電極及び下部電極と、前記上部電極及び下部電極とそれぞれ電気的に接続された上部電極端子及び下部電極端子とを備えた圧電／電歪装置であって、
前記基板の外形形状が、正方形状であり、かつ
前記上部電極端子及び下部電極端子が、前記基板の正方形状の対角に位置する一組の隅部に、それぞれ配設されてなることを特徴とする圧電／電歪装置。 - 前記上部電極及び下部電極が、前記基板の一組の隅部を結んだ対角線上にそれぞれ配設された状態で、前記上部電極端子及び下部電極端子と電気的に接続された請求項１に記載の圧電／電歪装置。
- 前記基板の貫通孔の断面形状が円形状であるとともに、前記圧電／電歪層並びに前記上部電極及び下部電極のそれぞれの主要部の外形形状が前記貫通孔と同心の円形状で、これらによって圧電／電歪素子を形成してなる請求項１又は２に記載の圧電／電歪装置。
- 前記上部電極端子及び下部電極端子に、これらの端子のそれぞれと電気的な接続が可能な長さの接続部をそれぞれ有する一組のリード線が接続されてなる請求項１〜３のいずれかに記載の圧電／電歪装置。
- 前記基板の、前記上部電極端子及び下部電極端子が配設されていない他の一組の隅部に、前記上部電極端子及び下部電極端子とから電気的に隔絶された状態で、ダミー端子がそれぞれ配設されてなる請求項１〜４のいずれかに記載の圧電／電歪装置。
- 前記リード線の前記接続部とは異なる部分が、前記圧電／電歪層に電圧を印加して変形駆動させる電源、及び、必要に応じて、前記圧電／電歪層の変形駆動による振動に伴う音響インピーダンスの変化を検知する検知手段に接続されてなる請求項１〜５のいずれかに記載の圧電／電歪装置。
- 液体容器に装着され、前記液体容器内の液体の残量又は消費量を検知するためのセンサーとして用いられる請求項１〜６のいずれかに記載の圧電／電歪装置。
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