JP3997485B2

JP3997485B2 - 液体移送装置

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Publication number: JP3997485B2
Application number: JP2003335165A
Authority: JP
Inventors: 宏人菅原
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2023-09-26
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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。

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従来よりあった（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、圧電素子を駆動させて振動板を撓ませ、任意の圧力室から液滴を噴射させる場合、振動板の撓みが周囲に影響して隣接した圧力室内にも圧力変動が発生し、その後、隣接した圧力室から液滴を噴射する場合に、その液滴の噴射速度や体積がばらつくという、いわゆるクロストークが生ずることがあった。
特開昭５８−１０８１６３号公報（第１図）

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、クロストークを低減する液体移送装置を提供することを目的とする。

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、これに接合された第１の撓み層と、前記圧電材料層に対して前記第１の撓み層とは反対側に接合された第２の撓み層とを有した積層構造をなし、前記第１の撓み層は、前記圧力室の中央部に対向する領域と周縁部に対向する領域とが異なる厚みに形成され、前記圧電材料層は、前記第１の撓み層に接合されることにより、前記第１の撓み層に接合された側と反対側の端面において、前記圧力室の中央部に対向する領域および周縁部に対向する領域の内のいずれかに凹部が形成されるとともに、前記第２の撓み層は前記凹部内に形成され、前記圧電材料層への電界の印加によって、前記圧電アクチュエータプレートのうち前記圧力室の中央部に対向する領域と周縁部に対向する領域とは、互いに反対方向へ撓むことを特徴とする液体移送装置とした。

請求項２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、これに接合された第１の撓み層と、前記圧電材料層に対して前記第１の撓み層とは反対側に接合された第２の撓み層とを有した積層構造をなし、前記第１の撓み層は、前記圧力室の中央部に対向する領域に貫通孔が形成され、前記圧電材料層は、前記第１の撓み層に接合されることにより、前記貫通孔内に位置して前記第１の撓み層に接合された側と反対側の端面において、前記圧力室の中央部に対向する領域に凹部が形成されるとともに、前記第２の撓み層は前記凹部内に形成され、前記圧電材料層への電界の印加によって、前記圧電アクチュエータプレートのうち前記圧力室の中央部に対向する領域と周縁部に対向する領域とは、互いに反対方向へ撓むことを特徴とする液体移送装置とした。

請求項３の発明は、前記第１の撓み層は導電性材料にて形成され、前記圧電材料層に電界を印加させるための一方の電極としても利用されていることを特徴とする請求項１記載の液体移送装置とした。

請求項４の発明は、前記第１の撓み層は非導電性材料にて形成され、前記圧電材料層と前記第１の撓み層との間には、前記圧電材料層に電界を印加させるための一方の電極が形成されていることを特徴とする請求項１記載の液体移送装置とした。

請求項５の発明は、前記第１の撓み層を導電性材料にて形成し、前記圧電材料層および前記第１の撓み層の前記圧力室の周縁部に対向する領域の上面または下面に一方の電極を配置したことを特徴とする請求項２記載の液体移送装置とした。

請求項６の発明は、前記一方の電極の上面または下面には、保護層が形成されていることを特徴とする請求項５記載の液体移送装置とした。

請求項７の発明は、前記第２の撓み層を導電性材料にて形成し、前記第２の撓み層および前記圧電材料層の上面または下面に他方の電極を配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の液体移送装置とした。

請求項８の発明は、前記第２の撓み層は非導電性材料にて形成され、前記圧電材料層と前記第２の撓み層との間には、前記圧電材料層に電界を印加させるための他方の電極が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の液体移送装置とした。

請求項９の発明は、前記凹部に形成された前記第２の撓み層と一体に、前記圧電材料層の前記圧力室の中央部に対向する領域および周縁部に対向する領域のいずれかの上面または下面にも前記第２の撓み層を配設するとともに、前記第２の撓み層は導電性材料にて形成され、前記第２の撓み層が前記圧電材料層に電界を印加させるための他方の電極としても利用されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の液体移送装置とした。

請求項１０の発明は、前記第２の撓み層と前記圧電材料層との間および前記圧電材料層の前記圧力室の中央部に対向する領域および周縁部に対向する領域のいずれかの上面または下面に他方の電極を配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の液体移送装置とした。

請求項１１の発明は、前記第１の撓み層および前記第２の撓み層は、熱膨張率が互いに同一の材料にて形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の液体移送装置とした。

請求項１２の発明は、前記第１の撓み層および前記第２の撓み層は互いに同一の材質によって形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の液体移送装置とした。

請求項１３の発明は、前記圧電材料層はエアロゾルデポジション法によって前記第１の撓み層上に形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の液体移送装置とした。

請求項１４の発明は、前記圧電材料層は、溶液の塗布および加熱による圧電体膜形成工程によって前記第１の撓み層上に形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の液体移送装置とした。

請求項１５の発明は、前記圧電材料層はスパッタリングによって前記第１の撓み層上に形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の液体移送装置とした。

請求項１６の発明は、前記圧電材料層は導電性接着剤によって前記第１の撓み層に接合されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の液体移送装置とした。

請求項１７の発明は、前記第２の撓み層はエアロゾルデポジション法によって前記圧電材料層上に形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の液体移送装置とした。

請求項１８の発明は、前記第２の撓み層はエレクトロフォーミング、メッキ、蒸着またはスパッタリングによって前記圧電材料層上に形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の液体移送装置とした。

＜請求項１の発明＞
第１の撓み層は、圧力室の中央部に対向する領域と周縁部に対向する領域とが異なる厚みに形成され、圧電材料層は、第１の撓み層に接合されることにより、第１の撓み層に接合された側と反対側の端面において、圧力室の中央部に対向する領域および周縁部に対向する領域の内のいずれかに凹部が形成されるとともに、第２の撓み層は凹部内に形成され、圧電材料層への電界の印加によって、圧電アクチュエータプレートのうち圧力室の中央部に対向する領域と周縁部に対向する領域とは、互いに反対方向へ撓むことにより、圧力室の周縁部に対向する領域において圧電アクチュエータプレートの両方向への撓み量を相殺することができ、簡単な構成でクロストークを低減でき、液体の移送品質を向上させることができる。また、圧電材料層に形成した凹部を利用して第２の撓み層を形成したことにより、コンパクトで搭載の容易な液体移送装置にすることができる。

＜請求項２の発明＞
第１の撓み層は、圧力室の中央部に対向する領域に貫通孔が形成され、圧電材料層は、第１の撓み層に接合されることにより、貫通孔内に位置して第１の撓み層に接合された側と反対側の端面において、圧力室の中央部に対向する領域に凹部が形成されるとともに、第２の撓み層は凹部内に形成され、圧電材料層への電界の印加によって、圧電アクチュエータプレートのうち圧力室の中央部に対向する領域と周縁部に対向する領域とは、互いに反対方向へ撓むことにより、圧力室の周縁部に対向する領域において圧電アクチュエータプレートの両方向への撓み量を相殺することができ、簡単な構成でクロストークを低減でき、液体の移送品質を向上させることができる。また、圧電材料層に形成した凹部を利用して第２の撓み層を形成したことにより、コンパクトで搭載の容易な液体移送装置にすることができる。

＜請求項３の発明＞
第１の撓み層は導電性材料にて形成され、圧電材料層に電界を印加させるための一方の電極としても利用されていることにより、一方の電極を特別に設ける必要がなく、製造コストの面で有利となる。

＜請求項４の発明＞
第１の撓み層は非導電性材料にて形成され、圧電材料層と第１の撓み層との間には、圧電材料層に電界を印加させるための一方の電極が形成されていることにより、一方の電極が外部に露出することがなく、その破損、劣化から保護することができる。

＜請求項５の発明＞
第１の撓み層を導電性材料にて形成し、圧電材料層および第１の撓み層の圧力室の周縁部に対向する領域の上面または下面に一方の電極を配置したことにより、圧電アクチュエータプレートの平坦な面に一方の電極を配置することができ、配置作業を容易にすることができる。

＜請求項６の発明＞
一方の電極の上面または下面には、保護層が形成されていることにより、一方の電極が圧力室内の液体等に触れて劣化することを防ぐことができる。

＜請求項７の発明＞
第２の撓み層を導電性材料にて形成し、第２の撓み層および圧電材料層の上面または下面に他方の電極を配置したことにより、圧電アクチュエータプレートの平坦な面に他方の電極を配置することができ、配置作業を容易にすることができる。

＜請求項８の発明＞
第２の撓み層は非導電性材料にて形成され、圧電材料層と第２の撓み層との間には、圧電材料層に電界を印加させるための他方の電極が形成されていることにより、少なくとも他方の電極の、圧力室の中央部に対向する領域および周縁部に対向する領域のいずれかが外部に露出することがなく、その破損、劣化から保護することができる。

＜請求項９の発明＞
凹部に形成された第２の撓み層と一体に、圧電材料層の圧力室の中央部に対向する領域および周縁部に対向する領域のいずれかの上面または下面にも第２の撓み層を配設するとともに、第２の撓み層は導電性材料にて形成され、第２の撓み層が圧電材料層に電界を印加させるための他方の電極としても利用されていることにより、他方の電極を特別に設ける必要がなく、製造コストの面で有利となる。

＜請求項１０の発明＞
第２の撓み層と圧電材料層との間および圧電材料層の圧力室の中央部に対向する領域および周縁部に対向する領域のいずれかの上面または下面に他方の電極を配置したことにより、第２の撓み層に電界を印加する必要がなく、これに導電性材料以外のあらゆる材料を使用することができる。

＜請求項１１の発明＞
第１の撓み層および第２の撓み層は、熱膨張率が互いに同一の材料にて形成されていることにより、温度変化によってこれらに接合された圧電材料層に応力が発生することを防ぐことができる。

＜請求項１２の発明＞
第１の撓み層および第２の撓み層は互いに同一の材質によって形成されたことにより、第１の撓み層および第２の撓み層の互いの熱膨張率を等しくすることができ、温度変化によってこれらに接合された圧電材料層に応力が発生することを防ぐことができる。

＜請求項１３の発明＞
圧電材料層はエアロゾルデポジション法によって第１の撓み層上に形成されたことにより、短時間で形成することができる。

＜請求項１４の発明＞
圧電材料層は、溶液の塗布および加熱による圧電体膜形成工程によって第１の撓み層上に形成されたことにより、均一に形成することができる。

＜請求項１５の発明＞
圧電材料層は、スパッタリングによって第１の撓み層上に形成されたことにより、均一に形成することができる。

＜請求項１６の発明＞
圧電材料層は導電性接着剤によって第１の撓み層に接合されたことにより、第１の撓み層を導電性材料にして、一方の電極として使用することができる。

＜請求項１７の発明＞
第２の撓み層はエアロゾルデポジション法によって圧電材料層上に形成されたことにより、短時間で形成することができる。

＜請求項１８の発明＞
第２の撓み層はエレクトロフォーミング、メッキ、蒸着またはスパッタリングによって圧電材料層上に形成されたことにより、均一に形成することができる。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態を図１乃至図５に基づいて説明する。以下の説明において、図２における上方を上方とし、他の実施形態においても同様とする。また、図３の左半分は図２の平面図を示し、右半分は図２の圧力室２１ａの高さにおいて切断した横断面図を示している。尚、上部電極１１、３１、４１、５１、８１および９１は、本発明の他方の電極に該当し、下部電極３５、４５、５５、９５および上部電極６５は、本発明の一方の電極に該当する。

図１および図２において、液体移送装置１は噴射される液体が収容される複数の圧力室２１ａを有する流路ユニット２０と、流路ユニット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。流路ユニット２０は多層構造をしており、それぞれ概ね平板状の、本発明の開孔に該当する複数のノズル２４ａ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を有している。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。

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、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。

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。

図５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、本発明の第１の撓み層に該当する振動板１４を有している。本実施形態において、圧力室２１ａを閉じる振動板１４は下部電極としても使用されており、図示しない駆動回路のグランドに接続されている。振動板１４の圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃには、圧力室２１ａと反対側を窪ませた薄肉部１４ａが形成されているため、圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃと周縁部に対向する領域Ｐとで異なる厚みに形成され、振動板１４の薄肉部１４ａが形成された領域は、他の領域に比べてその上面が一段低く形成されている。薄肉部１４ａは、機械加工あるいはエッチングによって振動板１４上に形成される。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、振動板１４の薄肉部１４ａも圧力室２１ａの形状を一回り小さくした略小判状をしている。また、薄肉部１４ａは、振動板１４の他の領域と斜面１４ｂにて連結されている。

振動板１４の上面（圧力室２１ａと反対側）には圧電材料層１３が接合されている。本実施形態において圧電材料層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ることにより、振動板１４の薄肉部１４ａ上に位置する領域においては、その上面が他の領域に比べて一段低く形成されている。従って、圧電材料層１３の圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃには、振動板１４に接合された側と反対側に凹部１３ａが形成されている。

凹部１３ａは、圧電材料層１３の他の領域と斜面１３ａ１にて連結されており、圧電材料層１３の圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃは、凹部１３ａにより全体として皿状に形成されている。圧電材料層１３は、振動板１４上にエアロゾルデポジション（ＡＤ）法によって形成されてもよいし、あるいは、あらかじめ層状に形成されたものを、導電性の接着剤によって振動板１４に接合してもよいし、更に、溶液の塗布および加熱による圧電体膜形成工程（ゾルゲル法）またはスパッタリングを用いて振動板１４上に形成してもよい。

圧電材料層１３の凹部１３ａには本発明の第２の撓み層に該当する充填層１２が形成されている。充填層１２は、ステンレスあるいはニッケル、クロム、銅、アルミニウムといった導電性の金属材料が凹部１３ａに充填され、圧電材料層１３の振動板１４に接合された側の反対側に接合されている。充填層１２がステンレスによって形成される場合、あらかじめ凹部１３ａ内に充填される形状に形成されたものを導電性の接着剤によって凹部１３ａに接合する。一方、ニッケル、クロム、銅、アルミニウムを充填層１２とする場合は、凹部１３ａ内に充填される形状に形成されたものを導電性の接着剤によって凹部１３ａに接合してもよいし、あるいは、エアロゾルデポジション法によって凹部１３ａ上に接合してもよい。更に、エレクトロフォーミング、メッキ、蒸着またはスパッタリングによって凹部１３ａ上に形成してもよい。

また、振動板１４を形成する材質と、充填層１２を形成する材質とを互いに同一にすることにより、双方の熱膨張率を等しくして、温度変化があっても、双方に接合された圧電材料層１３に応力が発生しないようにすることができる。あるいは、双方の材質を同一にしなくても、互いに熱膨張率が同一の材料を使用することでも、同様の作用効果が得られる。尚、充填層１２は、形成される材質に拘わらず、振動板１４の薄肉部１４ａよりも剛性が高く形成されている。

更に、充填層１２および圧電材料層１３の圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐの上面には、図示しない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上部電極１１が形成されている。上部電極１１は、薄いフィルム状の導体で充填層１２および圧電材料層１３上に貼付あるいはプリントされている。上述した構成によって、圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃにおいて、圧電材料層１３が充填層１２に対して圧力室２１ａ側に位置し、圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐにおいて、圧電材料層１３が振動板１４に対して圧力室２１ａとは反対側に位置している。

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２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から液滴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と振動板１４との間に電位差が発生し、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およびＰは、その厚み方向（図２において上下方向）に膨らむとともに、面方向（図１および図２において左右方向）に収縮する。

圧電材料層１３の圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃに配置された凹部１３ａは、その上面に振動板１４の薄肉部１４ａよりも剛性の高い充填層１２が形成されているため、圧電材料層１３の面方向への収縮により、図４の左方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の中央部に対向する領域Ｃは圧力室２１ａと反対側（図４において上方）に撓む。一方、圧電材料層１３の圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐには、その下面に剛性を備えた振動板１４が形成されているため、圧電材料層１３の面方向への収縮により、圧電アクチュエータプレート１０の圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐは圧力室２１ａ側（図４において下方）に対して凸形状に撓む。

図４の左方に示したように、圧電アクチュエータプレート１０の圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃの圧力室２１ａと反対側への撓みにより、圧力室２１ａの容積が増大して圧力室２１ａ内が負圧となり、連通するマニホールド２３ａおよびマニホールド流路２２ｂを介して液体タンクから液体が圧力室２１ａ内に補填される。

圧力室２１ａ内に液体が供給された後に、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２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、圧力室２１ａの容積が減少して圧力室２１ａ内の圧力が上昇し、液滴がプレッシャ流路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。

以下、図６に基づいて、上述した圧電アクチュエータプレート１０の製造方法について説明する。まず、図６（Ａ）に示すように圧力室プレート２１上に、予め機械加工あるいはエッチングにて薄肉部１４ａが形成された、材質が例えばステンレスの振動板１４が接着剤によって接合される。次に、図６（Ｂ）に示すように、振動板１４上にエアロゾルデポジション法によって圧電材料層１３が形成される。圧電材料層１３は、振動板１４の薄肉部１４ａ内に配設されることにより、その上面に凹部１３ａが形成される。あるいは、圧電材料層１３は、予め圧電素子材料にて、凹部１３ａを備えた形状に形成され焼成された層状のものを、導電性の接着剤によって振動板１４上に接合してもよい。更に、圧電材料層１３は、ゾルゲル法またはスパッタリングを用いて振動板１４上に形成してもよい。

次に、図６（Ｃ）に示したように、圧電材料層１３の凹部１３ａ内にエアロゾルデポジション法によって、例えばニッケルが充填され、充填層１２が形成される。あるいは、充填層１２は、予め凹部１３ａ内に配設される形状に形成されたのものを、導電性の接着剤によって圧電材料層１３上に接合してもよい。更に、充填層１２は、エレクトロフォーミング、メッキ、蒸着またはスパッタリングによって凹部１３ａ上に形成してもよい。最後に、図６（Ｄ）に示したように、充填層１２および圧電材料層１３の上面に、薄いフィルム状の導体にて形成された上部電極１１が、貼付あるいはプリントされ、圧電アクチュエータプレート１０が完成する。

本実施形態によれば、圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐを圧力室２１ａ側へ撓ませるようにしたことにより、圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐにおいて、圧電アクチュエータプレート１０の両方向への撓み量を相殺することができ、容積を変動させる圧力室２１ａに隣接した圧力室２１ａに、振動板１４の撓みの影響がおよぶ現象であるクロストークを低減することができ、液滴の噴射品質を向上させることができる。更に、振動板１４の圧力室の中央部に対向する領域Ｃに薄肉部１４ａが形成されているため、振動板１４の剛性が低下し、圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃにおける撓み量を増加させることができる。また、圧電材料層１３に形成した凹部１３ａを利用して充填層１２を形成したことにより、コンパクトで搭載の容易な液体移送装置１にすることができる。

また、圧電材料層１３への電界の印加によって、圧電アクチュエータプレート１０のうち圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃは、圧力室２１ａと反対側へ撓ませるようにしたことにより、圧力室２１ａの容積を増大させる方向に圧電アクチュエータプレート１０を撓ませることができ、圧力室２１ａから液滴を噴射する場合に、一旦、圧力室２１ａの容積を増大させた後に、振動板１４を素早く圧力室２１ａ側に撓ませて液滴を噴射する、いわゆる引き打ち方式の噴射装置に適用しても、常時、圧電材料層１３に電界を印加しておく必要がなく、圧電材料層１３あるいは電極１１の耐久性を向上できる。

更に、充填層１２を導電性の金属材料にて形成し、充填層１２および圧電材料層１３の圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐの上面に上部電極１１を配置したことにより、上部電極１１は圧電アクチュエータプレート１０の露出した上面に配設できるため、その配設を容易にすることができる。また、充填層１２をエアロゾルデポジション法によって圧電材料層１３上に形成すれば、充填層１２を圧電材料層１３上に短時間で形成することができる。更に、充填層１２をエレクトロフォーミング、メッキ、蒸着またはスパッタリングによって圧電材料層１３上に形成すれば、均一に形成できる。

更に、振動板１４を導電性の金属材料にて形成するとともに、圧電材料層１３を導電性接着剤によって振動板１４に接合すれば、振動板１４を圧電材料層１３に電界を印加させるための下部電極としても使用することができ、下部電極を特別に設ける必要がなく、製造コストの面で有利となる。また、圧電材料層１３をエアロゾルデポジション法によって振動板１４上に形成すれば、圧電材料層１３を振動板１４に短時間で形成することができる。また、圧電材料層１３をゾルゲル法またはスパッタリングを用いて振動板１４上に形成すれば、均一な圧電材料層１３が形成できる。

図７には、第１実施形態による圧電アクチュエータプレートの変形例を示す。図７に示す圧電アクチュエータプレート３０は、図５に示した圧電アクチュエータプレート１０と同様の構成に対して、圧電材料層３３と振動板３４との間に、更に下部電極３５が介装されている。下部電極３５は第１実施形態による上部電極１１と同様に、薄いフィルム状の導体にて形成されており、振動板３４上に貼付あるいはプリントされた後、その上に圧電材料層３３がエアロゾルデポジション法、または導電性の接着剤、あるいはゾルゲル法またはスパッタリングによって接合される。本変形例による上部電極３１、充填層３２、圧電材料層３３および振動板３４は、それぞれ第１実施形態によるものと同様のものである。本変形例による圧電アクチュエータプレート３０について、上述した以外の構成については第１実施形態による圧電アクチュエータプレート１０と同様であるため、詳細な説明は省略する。

本変形例によれば、圧電材料層３３と振動板３４との間に下部電極３５が形成されていることにより、下部電極３５が外部に露出することがなく、その破損、あるいは圧力室２１ａ内の液体に触れることによる劣化から保護することができる。また、振動板３４を導電性の材料にて形成する必要がなく、あらゆる材料が適用可能であるため、低コスト化が可能である。

尚、本実施形態および変形例において、圧電材料層１３、３３に対して圧力室２１ａ側に充填層１２、３２を配置して、圧電アクチュエータプレート１０、３０に電界を印加することにより、圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃを圧力室２１ａ側へ撓ませるようにしてもよい。また、振動板１４、３４の薄肉部を圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐに形成することで、凹部を圧電材料層１３、３３の圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐに形成して、圧電アクチュエータプレート１０、３０に電界を印加することにより、圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃを圧力室２１ａ側へ撓ませるようにしてもよい。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を図８に基づいて説明する。圧電アクチュエータプレート４０の振動板４４は、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ており、圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃには、傾斜面にて形成された貫通孔４４ａが設けられている。貫通孔４４ａは、機械加工あるいはエッチングによって振動板４４上に形成される。

振動板４４の下面においては、圧電材料層４３が貫通孔４４ａから露出しており、貫通孔４４ａから露出した圧電材料層４３および振動板４４の圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐの下面には、駆動回路のグランドと電気的に接続された下部電極４５が形成されている。下部電極４５は、第１実施形態による上部電極１１と同様に薄いフィルム状の導体で、振動板４４および圧電材料層４３上に貼付あるいはプリントされている。従って、結果的に下部電極４５は圧電アクチュエータプレート４０と圧力室プレート２１および圧力室２１ａとの間に介装される。

第１実施形態と同様に、振動板４４の上面には、上述した圧電材料層４３が接合されている。圧電材料層４３は振動板４４上にその厚みが均等になるように層状に形成されており、振動板４４の貫通孔４４ａ内にも配設されているため、圧電材料層４３の圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃには、圧力室２１ａと反対側に凹部４３ａが設けられている。凹部４３ａは、圧電材料層４３の他の領域と斜面４３ａ１にて連結されており、圧電材料層４３の圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃは、凹部４３ａにより全体として皿状に形成されている。圧電材料層４３は、振動板４４上にエアロゾルデポジション法によって形成されてもよいし、あるいは、あらかじめ層状に形成されたものを、導電性の接着剤によって振動板４４に接合してもよいし、更に、ゾルゲル法またはスパッタリングを用いて振動板４４上に形成してもよい。

また、圧電材料層４３の振動板４４と接合された側と反対側に形成された凹部４３ａ内には、第１実施形態と同様にステンレスあるいはニッケル、クロム、銅、アルミニウムといった導電性の金属材料にて形成された充填層４２が接合され、充填層４２および圧電材料層４３の圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐの上面には、第１実施形態による上部電極１１と同様の上部電極４１が設けられている。上部電極４１は薄いフィルム状の導体で形成され、充填層４２および圧電材料層４３上に貼付あるいはプリントされており、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ている。

充填層４２がステンレスによって形成される場合、あらかじめ凹部４３ａ内に充填される形状に形成されたものを導電性の接着剤によって凹部４３ａに接合する。一方、ニッケル、クロム、銅、アルミニウムを充填層４２とする場合は、凹部４３ａ内に充填される形状に形成されたものを導電性の接着剤によって凹部４３ａに接合してもよいし、あるいは、エアロゾルデポジション法によって凹部４３ａ上に接合してもよい。更に、エレクトロフォーミング、メッキ、蒸着またはスパッタリングによって凹部４３ａ上に形成してもよい。また、振動板４４を形成する材質と、充填層４２を形成する材質とを互いに同一にすることにより、双方の熱膨張率を等しくして、温度変化があっても、双方に接合された圧電材料層４３に応力が発生しないようにすることができる。あるいは、双方の材質を同一にしなくても、互いに熱膨張率が同一の材料を使用することでも、同様の作用効果が得られる。

上述した構成によって、圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃにおいて、圧電材料層４３が充填層４２に対して圧力室２１ａ側に位置し、圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐにおいて、圧電材料層４３が振動板４４に対して圧力室２１ａとは反対側に位置している。本実施形態においては、スイッチ素子を切換えて上部電極４１と下部電極４５との間に電源電圧を印加すると、それぞれ剛性を備えるとともに圧電材料層４３に接合された充填層４２および振動板４４の存在のため、圧電アクチュエータプレート４０の圧力室２１ａの中央部と対向する領域Ｃが圧力室２１ａと反対側に撓み、圧力室２１ａの周縁部と対向する領域Ｐが圧力室２１ａ側に撓む。圧電アクチュエータプレート４０の作動方法は、第１実施形態のものと同様であるため、詳細な説明は省略する。

本実施形態においても、圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐを圧力室２１ａ側へ撓ませるようにしたことにより、圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐにおいて、圧電アクチュエータプレート４０の両方向への撓み量を相殺することができ、容積を変動させる圧力室２１ａに隣接した圧力室２１ａに、振動板４４の撓みの影響がおよぶ現象であるクロストークを低減することができ、液滴の噴射品質を向上させることができる。更に、振動板４４の圧力室の中央部に対向する領域Ｃに貫通孔４４ａが形成されているため剛性が低下し、圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃにおける撓み量を増加させることができる。また、圧電材料層４３に形成した凹部４３ａを利用して充填層４２を形成したことにより、コンパクトで搭載の容易な液体移送装置１にすることができる。

また、圧電材料層４３への電界の印加によって、圧電アクチュエータプレート４０のうち圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃは圧力室２１ａと反対側へ撓ませるようにしたことにより、圧力室２１ａの容積を増大させる方向に圧電アクチュエータプレート４０を撓ませることができ、いわゆる引き打ち方式の噴射装置に適用しても、常時、圧電材料層４３に電界を印加しておく必要がなく、圧電材料層４３あるいは電極４１の耐久性を向上できる。

また、振動板４４を導電性材料にて形成し、圧電材料層４３および振動板４４の圧力室の周縁部に対向する領域Ｐの下面に下部電極４５を配置したことにより、下部電極４５は圧電アクチュエータプレート４０と圧力室プレート２１および圧力室２１ａとの間に配設でき、外部に露出することがなく、運搬中の破損等から保護することができる。また、下部電極４５は、貫通孔４４ａから露出した圧電材料層４３および振動板４４の圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐの下面に形成されているため、圧電アクチュエータプレート４０の平坦な面に下部電極４５を配置することができ、配置作業を容易にすることができる。

更に、圧電材料層４３をエアロゾルデポジション法によって振動板４４上に形成すれば、圧電材料層４３を振動板４４に短時間で形成することができる。また、圧電材料層４３をゾルゲル法またはスパッタリングを用いて振動板４４上に形成すれば、均一な圧電材料層４３が形成できる。また、充填層４２をエアロゾルデポジション法によって圧電材料層４３上に形成すれば、充填層４２を圧電材料層４３上に短時間で形成することができる。更に、充填層４２をエレクトロフォーミング、メッキ、蒸着またはスパッタリングによって圧電材料層４３上に形成すれば、均一に形成できる。

図９には、第２実施形態による圧電アクチュエータプレートの第１の変形例を示す。図９に示す圧電アクチュエータプレート５０は、図８に示した圧電アクチュエータプレート４０と同様の構成に対して、下部電極５５の下面に、更に保護層５６が形成されている。保護層５６はステンレス等の金属あるいはポリイミド系の合成樹脂材料にて形成され、下部電極５５の下面に接着剤にて接合されている。本変形例においては、保護層５６により下部電極５５が圧力室２１ａ内の液体から保護され、劣化することを防ぐことができる。

本変形例による上部電極５１、充填層５２、圧電材料層５３、振動板５４および下部電極５５は、それぞれ第２実施形態によるものと同様のものである。本変形例による圧電アクチュエータプレート５０について、上述した以外の構成については第２実施形態による圧電アクチュエータプレート４０と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図１０には、第２実施形態による圧電アクチュエータプレートの第２の変形例を示す。図１０に示す圧電アクチュエータプレート６０は、振動板６４の圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃに傾斜面による貫通孔６４ａが形成され、圧電材料層６３は振動板６４の下面に接合されることにより、その下面に凹部６３ａが形成されている。充填層６２は圧電材料層６３の凹部６３ａ内に充填されるとともに、圧電材料層６３の圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐの下面にも一体に形成されている。

圧電材料層６３および振動板６４の上面には上部電極６５が形成されており、上部電極６５と導電性の材料にて形成された充填層６２との間に電界が印加される。本変形例による充填層６２、圧電材料層６３および振動板６４は、それぞれ第２実施形態によるものと同様のものであり、上部電極６５は第２実施形態の下部電極４５と同様のものである。本変形例による圧電アクチュエータプレート６０について、上述した以外の構成については第２実施形態による圧電アクチュエータプレート４０と同様であるため、詳細な説明は省略する。

＜第３実施形態＞
図１１は本発明の第３実施形態を示す。本実施形態による圧電アクチュエータプレート７０においては、圧電材料層７３の凹部７３ａを充填するとともに、圧電材料層７３の圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐの上面を覆うように一体に充填層７２が形成されている。充填層７２は導電性材料であるステンレスあるいはニッケル、クロム、銅、アルミニウム等の導電性の金属材料にて形成され、圧電アクチュエータプレート７０の上部電極としても使用されており、スイッチ素子を介して駆動回路のプラス（＋）電源に接続されている。

充填層７２がステンレスによって形成される場合、あらかじめ圧電材料層７３上に接合される形状に形成されたものを、導電性の接着剤によって圧電材料層７３上に接合する。一方、ニッケル、クロム、銅、アルミニウムを充填層７２とする場合は、圧電材料層７３上に接合される形状に形成されたものを導電性の接着剤によって圧電材料層７３上に接合してもよいし、あるいは、エアロゾルデポジション法によって圧電材料層７３上に接合してもよい。更に、エレクトロフォーミング、メッキ、蒸着またはスパッタリングによって圧電材料層７３上に形成してもよい。

圧電材料層７３は、第１実施形態のものと同様に、圧力室２１ａを閉じる振動板７４上に均等な厚みで層状に形成されて振動板７４と接合され、振動板７４の圧力室２１ａと反対側を窪ませることによって形成された薄肉部７４ａ内に配設されることにより、圧力室２１ａと反対側に、上述した凹部７３ａが形成されている。薄肉部７４ａは、機械加工あるいはエッチングによって振動板７４上に形成される。凹部７３ａは圧電材料層７３の他の領域と斜面７３ａ１にて連結されており、圧電材料層７３の圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃは、凹部７３ａにより全体として皿状に形成されている。圧電材料層７３は、振動板７４上にエアロゾルデポジション法によって形成されてもよいし、あるいは、あらかじめ層状に形成されたものを、導電性の接着剤によって振動板７４に接合してもよいし、更に、ゾルゲル法またはスパッタリングを用いて振動板７４上に形成してもよい。

振動板７４は、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て下部電極としても使用され、駆動回路のグランドに接続されている。尚、振動板７４の薄肉部７４ａは、振動板７４の他の領域と斜面７４ｂにより連結されている。上述した構成によって、圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃにおいて、圧電材料層７３が充填層７２に対して圧力室２１ａ側に位置し、圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐにおいて、圧電材料層７３が振動板７４に対して圧力室２１ａとは反対側に位置している。

圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃにおいて、凹部７３ａに充填された充填層７２は、形成される材質に拘わらず振動板７４の薄肉部７４ａよりも剛性が高く形成されている。また、一方、圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐにおいては、圧電材料層７３の下面に接合された振動板７４は、形成される材質に拘わらず、圧電材料層７３の上面に接合された充填層７２よりも剛性が高く形成されている。

本実施形態による圧電アクチュエータプレート７０は、スイッチ素子を切換えて、充填層７２と振動板７４との間に駆動回路による駆動電圧が印加されると、圧電材料層７３の上面あるいは下面に接合された充填層７２および振動板７４のそれぞれの剛性の大小関係のため、圧電アクチュエータプレート７０の圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃが圧力室２１ａと反対側に撓み、圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐが圧力室２１ａ側へ撓む。その他の作動方法については第１実施形態のものと同様であるため、詳細な説明は省略する。

本実施形態によれば、充填層７２を圧電材料層７３の圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐの上面にも一体に配設するとともに、充填層７２は導電性材料にて形成され、充填層７２が圧電材料層７３に電界を印加させるための上部電極としても利用されていることにより、上部電極を特別に設ける必要がなく、製造コストの面で有利となる。また、振動板７４を形成する材質と、充填層７２を形成する材質とを互いに同一にすることにより、双方の熱膨張率を等しくして、温度変化があっても、双方に接合された圧電材料層７３に応力が発生しないようにすることができる。あるいは、双方の材質を同一にしなくても、互いに熱膨張率が同一の材料を使用することでも、同様の作用効果が得られる。

第３実施形態において、圧電材料層７３と振動板７４との間に、図７に示した圧電アクチュエータプレート３０のように下部電極を介装してもよい。また、振動板７４の圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃに、図８に示した圧電アクチュエータプレート４０のように貫通孔を形成して、圧電材料層７３を貫通孔内に配設して凹部７３ａを形成するようにしてもよい。尚、本実施形態において、圧電材料層７３に対して圧力室２１ａ側に充填層７２を配置して、圧電アクチュエータプレート７０に電界を印加することにより、圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃを圧力室２１ａ側へ撓ませるようにしてもよい。また、振動板７４の薄肉部を圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐに形成することで、凹部を圧電材料層７３の圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐに形成して、圧電アクチュエータプレート７０に電界を印加することにより、圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃを圧力室２１ａ側へ撓ませるようにしてもよい。

＜第４実施形態＞
図１２は本発明の第４実施形態を示す。本実施形態による圧電アクチュエータプレート８０においては、図１２に示すように、圧電材料層８３の凹部８３ａおよび圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐの上面に、上部電極８１が配設されている。上部電極８１は、第１実施形態による上部電極１１と同様に、薄いフィルム状の導体で圧電材料層８３上に貼付あるいはプリントされており、スイッチ素子を介して駆動回路のプラス（＋）電源に接続されている。従って、結果的に圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃにおいては、上部電極８１は充填層８２と圧電材料層８３との間に介装される。

充填層８２は圧電材料層８３の凹部８３ａに充填されて、上部電極８１を介して凹部８３ａ上に接合されている。充填層８２が例えば、ステンレスによって形成される場合、あらかじめ凹部８３ａ内に充填される形状に形成されたものを接着剤によって上部電極８１を介して凹部８３ａに接合する。一方、ニッケル、クロム、銅、アルミニウムを充填層８２とする場合は、凹部８３ａ内に充填される形状に形成されたものを接着剤によって上部電極８１を介して凹部８３ａに接合してもよいし、あるいは、エアロゾルデポジション法によって上部電極８１を介して凹部８３ａ上に接合してもよい。更に、エレクトロフォーミング、メッキ、蒸着またはスパッタリングによって凹部８３ａ上に形成してもよい。後述するように、本実施形態においては、充填層８２の材質は特に導電性を備えたものには限られず、金属、合成樹脂、セラミックス材料等のあらゆる材料が適用可能である。

また、圧電材料層８３の下面には、第１実施形態と同様に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、圧力室２１ａを閉じる振動板８４が接合されている。振動板８４は下部電極としても使用され、駆動回路のグランドに接続されている。振動板８４の圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃには、圧力室２１ａと反対側を窪ませた薄肉部８４ａが形成されており、薄肉部８４ａは振動板８４の他の領域と斜面８４ｂにて連結されている。薄肉部８４ａは、機械加工あるいはエッチングによって振動板８４上に形成される。

圧電材料層８３は振動板８４上に均等な厚みにより層状に形成されることにより、振動板８４の薄肉部８４ａ上に位置する領域に、上述した凹部８３ａが形成されている。凹部８３ａは、圧電材料層８３の他の領域と斜面８３ａ１にて連結されており、圧電材料層８３の圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃは、凹部８３ａにより全体として皿状に形成されている。圧電材料層８３は、振動板８４上にエアロゾルデポジション法によって形成されてもよいし、あるいは、あらかじめ層状に形成されたものを、導電性の接着剤によって振動板８４に接合してもよいし、更に、ゾルゲル法またはスパッタリングを用いて振動板８４上に形成してもよい。

また、振動板８４を形成する材質と、充填層８２を形成する材質とを互いに同一にすることにより、双方の熱膨張率を等しくして、温度変化があっても、双方に接合された圧電材料層８３に応力が発生しないようにすることができる。あるいは、双方の材質を同一にしなくても、互いに熱膨張率が同一の材料を使用することでも、同様の作用効果が得られる。尚、充填層８２は、形成される材質に拘わらず、振動板８４の薄肉部８４ａよりも剛性が高く形成されている。

上述した構成によって、圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃにおいて、圧電材料層８３が充填層８２に対して圧力室２１ａ側に位置し、圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐにおいて、圧電材料層８３が振動板８４に対して圧力室２１ａとは反対側に位置している。本実施形態においては、スイッチ素子を切換え、上部電極８１と振動板８４との間に電源電圧を印加すると、充填層８２が振動板８４の薄肉部８４ａよりも剛性が高いことにより、圧電アクチュエータプレート８０の圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃが圧力室２１ａと反対側に撓み、圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐが圧力室２１ａ側へ撓む。圧電アクチュエータプレート８０の作動方法は、第１実施形態のものと同様であるため、詳細な説明は省略する。

本実施形態においては、充填層８２と圧電材料層８３との間および圧電材料層８３の圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐの上面に上部電極８１を配置したことにより、充填層８２を電極として使用することがなく、導電性材料以外のあらゆる材料を使用することができる。尚、第４実施形態において、振動板８４の圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃに、図８に示した圧電アクチュエータプレート４０のように貫通孔を形成して、圧電材料層８３を貫通孔内に配設して凹部８３ａを形成するようにしてもよい。

図１３には、第４実施形態による圧電アクチュエータプレートの変形例を示す。図１３に示す圧電アクチュエータプレート９０は、図１２に示した圧電アクチュエータプレート８０と同様の構成に対して、圧電材料層９３と振動板９４との間に、更に、下部電極９５が介装されている。下部電極９５は第４実施形態による上部電極８１と同様に、薄いフィルム状の導体にて形成されており、振動板９４上に貼付あるいはプリントされた後、その上に圧電材料層９３がエアロゾルデポジション法、または導電性の接着剤、あるいはゾルゲル法またはスパッタリングによって接合される。

本変形例によれば、圧電材料層９３と振動板９４との間に下部電極９５が形成されていることにより、下部電極９５が外部に露出することがなく、その破損、あるいは圧力室２１ａ内の液体に触れることによる劣化から保護することができる。また、振動板９４を導電性の材料にて形成する必要がなく、あらゆる材料が適用可能であるため、低コスト化が可能である。

本変形例による上部電極９１、充填層９２、圧電材料層９３および振動板９４は、それぞれ第４実施形態によるものと同様のものである。本変形例による圧電アクチュエータプレート９０について、上述した以外の構成については第４実施形態による圧電アクチュエータプレート８０と同様であるため、詳細な説明は省略する。

尚、本実施形態および変形例において、圧電材料層８３、９３に対して圧力室２１ａ側に充填層８２、９２を配置して、圧電アクチュエータプレート８０、９０に電界を印加することにより、圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃを圧力室２１ａ側へ撓ませるようにしてもよい。また、振動板８４、９４の薄肉部を圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐに形成することで、凹部を圧電材料層８３、９３の圧力室２１ａの周縁部に対向する領域Ｐに形成して、圧電アクチュエータプレート８０、９０に電界を印加することにより、圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃを圧力室２１ａ側へ撓ませるようにしてもよい。

図１４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。液体移送装置１の圧電アクチュエータプレート１０を圧力室２１ａと反対側に撓ませることにより、圧力室２１ａの容積を増大させて、液源からインレットＩＰを介して液体を吸引し、圧力室２１ａを介して液体をアウトレットＯＰから外部へと移送する。

＜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）上部電極あるいはその代用をする充填層を駆動回路のグランドに接続し、下部電極あるいはその代用をする振動板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）本発明はプリンタのインク吐出用のヘッド、検査試薬の噴射装置など、あらゆる種類の液体の移送装置に利用できる。

第１実施形態による液体移送装置の圧力室の長手方向に沿って切断した場合の縦断面図である。図１に示した液体移送装置の複数の圧力室の配列方向に沿って切断した場合の縦断面図である。図２に示した液体移送装置の平面図および横断面図である。図２に示した液体移送装置の作動状態を示した断面図である。図２に示した液体移送装置の要部拡大図である。図２に示した圧電アクチュエータプレートを製造する工程において、圧力室プレートに振動板を接合する工程を示す図６（Ａ）、振動板上に圧電材料層を接合する工程を示す図６（Ｂ）、圧電材料層の凹部に充填層を接合する工程を示す図６（Ｃ）および圧電材料層と充填層の上に上部電極を形成する工程を示す図６（Ｄ）である。第１実施形態の変形例による液体移送装置の要部拡大図である。第２実施形態による液体移送装置の要部拡大図である。第２実施形態の変形例１による液体移送装置の要部拡大図である。第２実施形態の変形例２による液体移送装置の要部拡大図である。第３実施形態による液体移送装置の要部拡大図である。第４実施形態による液体移送装置の要部拡大図である。第４実施形態の変形例による液体移送装置の要部拡大図である。図１に示した液体移送装置をマイクロポンプに適用した実施形態を示す縦断面図である。

符号の説明

１…液体移送装置
１０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０…圧電アクチュエータプレート
１１、３１、４１、５１、６５、８１、９１…上部電極
１２、３２、４２、５２、６２、７２、８２、９２…充填層
１３、３３、４３、５３、６３、７３、８３、９３…圧電材料層
１３ａ、４３ａ、６３ａ、７３ａ、８３ａ…凹部
１４、３４、４４、５４、６４、７４、８４、９４…振動板
１４ａ、７４ａ、８４ａ…薄肉部
２１ａ…圧力室
２４ａ…ノズル
４４ａ、６４ａ…貫通孔
３５、４５、５５、９５…下部電極
５６…保護層
Ｃ…圧力室の中央部に対向する領域
Ｐ…圧力室の周縁部に対向する領域

Claims

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、これに接合された第１の撓み層と、前記圧電材料層に対して前記第１の撓み層とは反対側に接合された第２の撓み層とを有した積層構造をなし、
前記第１の撓み層は、前記圧力室の中央部に対向する領域と周縁部に対向する領域とが異なる厚みに形成され、
前記圧電材料層は、前記第１の撓み層に接合されることにより、前記第１の撓み層に接合された側と反対側の端面において、前記圧力室の中央部に対向する領域および周縁部に対向する領域の内のいずれかに凹部が形成されるとともに、
前記第２の撓み層は前記凹部内に形成され、
前記圧電材料層への電界の印加によって、前記圧電アクチュエータプレートのうち前記圧力室の中央部に対向する領域と周縁部に対向する領域とは、互いに反対方向へ撓むことを特徴とする液体移送装置。
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、これに接合された第１の撓み層と、前記圧電材料層に対して前記第１の撓み層とは反対側に接合された第２の撓み層とを有した積層構造をなし、
前記第１の撓み層は、前記圧力室の中央部に対向する領域に貫通孔が形成され、
前記圧電材料層は、前記第１の撓み層に接合されることにより、前記貫通孔内に位置して前記第１の撓み層に接合された側と反対側の端面において、前記圧力室の中央部に対向する領域に凹部が形成されるとともに、
前記第２の撓み層は前記凹部内に形成され、
前記圧電材料層への電界の印加によって、前記圧電アクチュエータプレートのうち前記圧力室の中央部に対向する領域と周縁部に対向する領域とは、互いに反対方向へ撓むことを特徴とする液体移送装置。
前記第１の撓み層は導電性材料にて形成され、前記圧電材料層に電界を印加させるための一方の電極としても利用されていることを特徴とする請求項１記載の液体移送装置。
前記第１の撓み層は非導電性材料にて形成され、前記圧電材料層と前記第１の撓み層との間には、前記圧電材料層に電界を印加させるための一方の電極が形成されていることを特徴とする請求項１記載の液体移送装置。
前記第１の撓み層を導電性材料にて形成し、前記圧電材料層および前記第１の撓み層の前記圧力室の周縁部に対向する領域の上面または下面に一方の電極を配置したことを特徴とする請求項２記載の液体移送装置。
前記一方の電極の上面または下面には、保護層が形成されていることを特徴とする請求項５記載の液体移送装置。
前記第２の撓み層を導電性材料にて形成し、前記第２の撓み層および前記圧電材料層の上面または下面に他方の電極を配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液体移送装置。
前記第２の撓み層は非導電性材料にて形成され、前記圧電材料層と前記第２の撓み層との間には、前記圧電材料層に電界を印加させるための他方の電極が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液体移送装置。
前記凹部に形成された前記第２の撓み層と一体に、前記圧電材料層の前記圧力室の中央部に対向する領域および周縁部に対向する領域のいずれかの上面または下面にも前記第２の撓み層を配設するとともに、前記第２の撓み層は導電性材料にて形成され、前記第２の撓み層が前記圧電材料層に電界を印加させるための他方の電極としても利用されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液体移送装置。
前記第２の撓み層と前記圧電材料層との間および前記圧電材料層の前記圧力室の中央部に対向する領域および周縁部に対向する領域のいずれかの上面または下面に他方の電極を配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液体移送装置。
前記第１の撓み層および前記第２の撓み層は、熱膨張率が互いに同一の材料にて形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の液体移送装置。
前記第１の撓み層および前記第２の撓み層は互いに同一の材質によって形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の液体移送装置。
前記圧電材料層はエアロゾルデポジション法によって前記第１の撓み層上に形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の液体移送装置。
前記圧電材料層は、溶液の塗布および加熱による圧電体膜形成工程によって前記第１の撓み層上に形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の液体移送装置。
前記圧電材料層はスパッタリングによって前記第１の撓み層上に形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の液体移送装置。
前記圧電材料層は導電性接着剤によって前記第１の撓み層に接合されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の液体移送装置。
前記第２の撓み層はエアロゾルデポジション法によって前記圧電材料層上に形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の液体移送装置。
前記第２の撓み層はエレクトロフォーミング、メッキ、蒸着またはスパッタリングによって前記圧電材料層上に形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の液体移送装置。