JP4946464B2 - 液体移送装置及び液体移送装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体を移送する液体移送装置、及び、液体移送装置の製造方法に関する。

従来から、電圧（電界）が印加されたときの圧電素子の変形を利用して、液体に圧力を付与して移送する液体移送装置（圧電ポンプ）が知られている。例えば、特許文献１に記載の圧電ポンプは、互いに連通した同形状（円形）の２つのポンプ室と、後段側のポンプ室に連通し、ポンプ室と同形状の調圧室と、２つのポンプ室をそれぞれ上下から覆うように配置された圧電素子とを備えている。そして、各ポンプ室に対応する圧電素子に電圧を印加して変形させて、ポンプ室の容積を変化させることにより、ポンプ室内の液体に圧力を付与して液体を移送する。また、調圧室の上下には薄膜が配置されており、薄膜の弾性変形によってポンプ室から送り出された液体の圧力が調圧室内で調整される。

また、特許文献２に記載の圧電ポンプは、ポンプ室と、このポンプ室に連通する液体供給路及び液体排出路と、ポンプ室、液体供給路、及び、液体排出路にそれぞれ対応して設けられた３つの圧電振動子（第１、第２、第３の圧電振動子）を有する。ポンプ室に対応する第１の圧電振動子はポンプ室を覆うように配置されており、その変形によってポンプ室の容積を変化させて、ポンプ室内の液体に圧力を付与する。また、第２、第３の圧電振動子は、液体供給路と液体排出路の途中部にそれぞれ設けられており、自らの変形によって液体供給路及び液体排出路を開閉する。ここで、液体供給路と液体排出路は、ポンプ室の側壁からこの側壁と直交する水平方向に延びている。そのため、この特許文献２の圧電ポンプは、ポンプ室内の液体に圧力を付与するための第１の圧電振動子と、液体供給路と液体排出路をそれぞれ開閉する第２、第３の圧電振動子が、互いに異なる平面上に位置する、立体的な構成となっている。

特開平６−１４７１０４号公報 特開昭６４−３２０７７号公報（図２）

ところで、特許文献１に記載の圧電ポンプには、圧電素子が変形してポンプ室内の液体に圧力が付与されるときに、ポンプ室上流側の流路を閉止する手段が設けられていない。そのため、ポンプ室内の液体に圧力を付与しても、圧力波の一部が上流側へ抜けてしまうため、移送効率が悪い。尚、ポンプ室上流側の流路を開閉するための弁機構を、圧電ポンプとは別に設けることは可能であるが、部品点数が増えるし、構造も複雑になるため、製造コスト面で不利である。

また、特許文献２に記載の圧電ポンプにおいては、ポンプ室内の液体に圧力を付与するための第１の圧電振動子と、液体供給路と液体排出路の開閉用の第２、第３の圧電振動子とが、同一平面上に配置されていない。そのため、圧電ポンプの構造が複雑になり、ポンプを小型化するのが困難になる。また、ポンプを製造する際に、第１の圧電振動子と、第２、第３の圧電振動子とを別々の工程で配置する必要があり、その分、工程数が増えて製造コストが増大する。

本発明の目的は、液体を効率よく移送することができ、さらに、構造が簡単で製造も容易な液体移送装置を提供することである。

第１の発明の液体移送装置は、その一表面に、圧力室と、この圧力室に連通するとともに前記圧力室よりも流路断面積の小さい液体流路が形成された基材と、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧力付与部と前記液体流路を開閉する開閉部とを有する、圧電アクチュエータを備え、
さらに、前記圧電アクチュエータは、前記基材の前記一表面に配置され、前記圧力室と前記液体流路の両方を覆う振動板と、前記振動板の前記基材と反対側の面に配置された圧電材料層と、前記圧電材料層の何れか一方の面の、前記圧力室と対向する領域に配置された第１電極と、前記圧電材料層の何れか一方の面の、前記液体流路と対向する領域に配置された第２電極と、前記圧電材料層に、前記第１電極及び前記第２電極と対向するように配置された第３電極と、を含む積層体を有し、
前記圧力付与部が前記積層体の前記圧力室と対向する部分から構成されるともに、前記開閉部が前記積層体の前記液体流路と対向する部分から構成され、前記圧力付与部と前記開閉部が、前記基材の一表面に沿って配置され、
前記開閉部の、前記液体流路に沿う方向における両側に、前記積層体の剛性を局所的に低下させる剛性低下部が設けられていることを特徴とするものである。

この液体移送装置において、圧電アクチュエータの圧力付与部は、第１電極と第３電極との間に電位差が生じたときの圧電材料層の変形に応じて、圧力室を覆う振動板を変形させ、これにより、圧力室の容積を変化させて、その内部の液体に圧力を付与する。また、開閉部は、第２電極と第３電極との間に電位差が生じたときの圧電材料層の変形に応じて、液体流路を覆う振動板を変形させて、液体流路を開閉する。従って、開閉部により液体流路を開閉しつつ、圧力付与部により適切なタイミングで圧力室内の液体に圧力を付与することで、液体を効率よく移送することが可能となる。また、液体移送ポンプとして従来から広く用いられている、機械式のポンプ（チューブポンプやシリンジポンプ等）とは異なり、圧電アクチュエータには摺動部が存在しないため、動作時に発生する騒音が小さいという利点もある。

さらに、圧電アクチュエータは、基材の一表面に沿って延在する振動板や圧電材料層、電極等を含む積層体を有し、この積層体の圧力室と対向する部分が圧力付与部となる一方で、積層体の液体流路と対向する部分が開閉部となっている。そして、圧力付与部と開閉部とが、基材の一表面に沿う同一平面上に配置されていることから、圧電アクチュエータの構造が簡単なものとなり、圧電アクチュエータをコンパクトにして液体移送装置を小型化することが可能になる。また、基材の一表面に、振動板や圧電材料層等の複数の層を積層させることで、圧力付与部と開閉部とを同時に製造することができるため、製造工程を簡素化することも可能である。
また、剛性低下部により、圧力付与部と開閉部との間で、圧電材料層や振動板の変形が相互に干渉し合うのを抑制できる。

尚、圧力室は、液体への圧力付与時の容積変化を大きくして、内部の液体に対して一度に大きな圧力を付与することができるように、その流路断面積（液体移送方向に直交する断面における断面積）は、ある程度大きいことが好ましい。一方、液体流路は、開閉部の圧電材料層の変形によるほぼ完全な閉止を容易に実現できるように、流路抵抗が大きくなり過ぎない程度に、流路断面積は小さいことが好ましい。以上の点を考慮して、本発明の液体移送装置においては、開閉部で開閉される液体流路の流路断面積は、圧力室の流路断面積よりも小さくなっている。

第２の発明の液体移送装置は、前記第１の発明において、前記剛性低下部は、前記振動板の、前記液体流路に沿う方向において前記開閉部を挟む２つの領域に形成された凹部であることを特徴とするものである。この構成によれば、凹部が形成された領域において、振動板の厚みが局所的に薄くなるため、積層体の剛性が低下する。

第３の発明の液体移送装置は、前記第２の発明において、前記凹部は、前記振動板の前記基材と反対側の面に形成されていることを特徴とするものである。この構成によれば、圧電アクチュエータを製造する際に、振動板に対して施す複数の工程（振動板の凹部の形成、圧電材料層の形成など）を、同じ方向（基材と反対側の方向）から実行できる。そのため、圧電アクチュエータの製造が容易になり、また、工程短縮が可能となる。さらに、振動板の、液体に接する基材側の面に凹部が形成されている場合と異なり、液体中に気泡が混入したときに、その気泡が凹部内に滞留してしまうという問題が生じない。

第４の発明の液体移送装置は、前記第１の発明において、前記剛性低下部は、前記圧電材料層の、前記液体流路に沿う方向において前記開閉部を挟む２つの領域に形成された凹部又は貫通孔であることを特徴とするものである。この構成によれば、圧電材料層に凹部又は貫通孔が形成された領域において、積層体の剛性が局所的に低下する。

第５の発明の液体移送装置は、前記第１〜第４の何れかの発明において、前記圧力室の流路幅が、前記液体流路の流路幅よりも大きいことを特徴とするものである。圧力室の流路断面積を液体流路の流路断面積より大きくするためには、流路幅か流路深さを大きくすればよいが、本発明のように、流路幅が大きい方が、振動板の圧力室に面する領域が広くなるため、圧力付与時における圧力室の容積変化を大きくすることができるという点で好ましい。

第６の発明の液体移送装置は、前記第１〜第５の何れかの発明において、前記第１電極及び前記第２電極と、独立した配線を介して接続された駆動手段を備え、前記駆動手段は、前記第１電極及び前記第２電極に対して、それぞれ所定のタイミングで所定の電位を付与することにより、前記圧力付与部と前記開閉部を独立して駆動することを特徴とするものである。この構成によれば、駆動手段により、圧力付与部と開閉部をそれぞれ適切なタイミングで独立して駆動することで、液体に効率よく圧力を付与して移送することが可能になる。

第７の発明の液体移送装置は、前記第６の発明において、前記開閉部は、前記駆動手段から前記第２電極に対して所定の第１電位が付与されているときには、前記振動板が前記基材の一表面と平行であり、前記第２電極に対して前記第１電位とは異なる所定の第２電位が付与されたときには、前記振動板が前記基材側へ向けて凸状に変形するように構成され、前記基材の前記液体流路には、前記振動板の凸状変形に対応する凹状の弁座が形成されており、
前記振動板が前記基材側へ向けて凸状に変形して凹状の前記弁座に当接したときに、前記液体流路が閉止されることを特徴とするものである。

この構成によれば、開閉部の第２電極に第１電位が付与されているときには、振動板が基材の一表面に平行であることから、振動板と凹状の弁座との間に隙間が形成されて、液体流路は開放状態となる。一方、第２電極に第２電位が付与されて、振動板が基材側に凸に変形すると、凸状に変形した振動板が、この凸形状に対応する凹状の弁座に当接して密着するため、液体流路が確実に閉止される。

第８の発明の液体移送装置は、前記第７の発明において、前記第２電極は、前記圧電材料層の前記基材と反対側の面の、前記液体流路の幅方向中央部と対向する領域に配置されていることを特徴とするものである。この構成によれば、液体流路の幅方向中央部と対向する第２電極に第２電位が付与されたときに、この第２電極と第３電極との間に挟まれた、液体流路の中央部と対向する領域の圧電材料層が面方向に縮むことで、振動板が基材側へ向けて凸状に変形する。

第９の発明の液体移送装置は、前記第６の発明において、前記開閉部は、前記駆動手段から前記第２電極に対して所定の第１電位が付与されたときには、前記振動板が前記基材の一表面と平行であり、前記第２電極に対して前記第１電位とは異なる所定の第２電位が付与されたときには、前記振動板が前記基材と反対側へ向けて凸状に変形するように構成され、前記基材の前記液体流路には、この液体流路の幅方向全域に亙って延在するとともにその頂面が前記基材の一表面と同じ平面内に位置する、堰状の弁座が形成されており、
前記振動板が前記基材と反対側へ向けて凸状に変形したときに、前記振動板と前記弁座の頂面との間に隙間が形成されて、前記液体流路が開放されることを特徴とするものである。

この構成によれば、開閉部の第２電極に第１電位が付与されているときには、振動板が基材の一表面に平行であることから、振動板が、基材の一表面と同一平面内に位置する堰状の弁座の頂面に当接して液体流路が確実に閉止される。一方、第２電極に第２電位が付与されて、振動板が基材と反対側に凸に変形すると、振動板と弁座の頂部との間に隙間が形成されて、液体流路が開放される。

第１０の発明の液体移送装置は、前記第９の発明において、前記圧電材料層の前記基材と反対側の面の、前記液体流路の幅方向両端部と対向する領域に、２つの前記第２電極がそれぞれ配置されていることを特徴とするものである。この構成によれば、液体流路の幅方向両端部と対向する２つの第２電極にそれぞれ第２電位が付与されたときに、これら２つの第２電極と第３電極との間に挟まれた、液体流路の幅方向両端部と対向する領域の圧電材料層がそれぞれ面方向に縮むことで、液体流路の幅方向中央部と対向する領域の振動板が基材と反対側に向けて凸状に変形する。

第１１の発明の液体移送装置は、前記第１〜第１０の何れかの発明において、前記第１電極と前記第２電極が前記圧電材料層の一方の面に配置されるとともに、前記第３電極が前記圧電材料層の他方の面に配置されていることを特徴とするものである。この構成によれば、第１電極と第２電極にそれぞれ対応する第３電極が同じ面に配置されることから、第３電極を圧力付与部と開閉部に共通に配置することができる。

第１２の発明の液体移送装置は、前記第１〜第１１の何れかの発明において、前記圧電アクチュエータは、前記圧力室よりも液体移送方向上流側の前記液体流路と、前記圧力室よりも液体移送方向下流側の前記液体流路を、それぞれ開閉する２つの前記開閉部を備えていることを特徴とするものである。この構成によれば、２つの開閉部により、圧力室の上流側と下流側において、液体流路をそれぞれ閉止することができることから、圧力室内の液体に効率よく圧力を付与することができる。

第１３の発明の液体移送装置の製造方法は、第１〜第１２の何れかの発明の液体移送装置を製造する方法であって、前記基材の一表面に、前記圧力室と前記液体流路を形成する流路形成工程と、前記基材の一表面に配置される前記圧電アクチュエータを製造する、アクチュエータ製造工程を備え、
さらに、前記アクチュエータ製造工程は、前記基材の一表面に前記圧力室と前記液体流路の両方を覆うように接合される振動板の、接合面と反対側に圧電材料層を形成する圧電材料層形成工程と、前記圧電材料層の一方の面の前記圧力室及び前記液体流路と対向する領域に、第１電極及び第２電極をそれぞれ配置するとともに、前記圧電材料層の他方の面に前記第１電極及び前記第２電極と対向する第３電極を配置する、電極配置工程とを有し、
前記圧電材料層形成工程において、圧電材料の粒子を前記振動板に堆積させることにより、前記圧力室に対向する前記圧力付与部の圧電材料層と、前記液体流路に対向する前記開閉部の圧電材料層を同時に形成することを特徴とするものである。

この製造方法によれば、圧電材料層形成工程において、振動板の表面に圧電材料の粒子を堆積させることにより、振動板上に、圧力付与部と開閉部の圧電材料層を同時に形成することができるため、圧電アクチュエータの製造工程を簡素化することができる。

本発明によれば、開閉部により液体流路を開閉しつつ、圧力付与部により適切なタイミングで圧力室内の液体へ圧力を付与することで、液体を効率よく移送することが可能となる。さらに、圧力付与部と開閉部とが、基材の一表面に沿う同一平面上に配置されていることから、圧電アクチュエータの構造が非常に簡単なものとなり、液体移送装置の小型化が可能になる。また、基材の一表面に、振動板や圧電材料層等の複数の層を積層させることで、圧力付与部と開閉部とを同時に形成することができるため、製造工程を簡素化することも可能である。

本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、インクジェットプリンタのインクジェットヘッドにインクを移送するポンプに本発明を適用した一例である。

まず、本実施形態のインクジェットプリンタ１００について簡単に説明する。図１に示すように、インクジェットプリンタ１００は、図１の左右方向に移動可能なキャリッジ１と、このキャリッジ１に設けられて記録用紙Ｐに対してインクを噴射するシリアル型のインクジェットヘッド２と、記録用紙Ｐを図１の前方へ搬送する搬送ローラ３と、インクを貯留するインクタンク４と、インクタンク４のインクをインクジェットヘッド２へ供給するポンプ５と、インクジェットヘッド２や搬送ローラ３等のプリンタ１００の各部を制御する制御装置６（図９参照）などを備えている。

インクジェットヘッド２の上方には、キャリッジ１と一体的に走査方向へ移動するインクサブタンク７が配置され、さらに、このインクサブタンク７は、チューブ８及びポンプ５を介してインクタンク４と接続されている。そして、インクタンク４内に貯留されているインクは、ポンプ５により加圧されてチューブ８を介してインクサブタンク７へ移送され、インクサブタンク７に一旦貯留された後、インクジェットヘッド２へ供給される。

インクジェットヘッド２は、キャリッジ１と一体的に図１の左右方向へ移動しつつ、インクサブタンク７から供給されたインクを、その下面に配置されたノズル（図示省略）から記録用紙Ｐに対してインクを噴射する。また、搬送ローラ３は、記録用紙Ｐを図１の前方へ搬送する。そして、インクジェットプリンタ１００は、制御装置６によりインクジェットヘッド２を制御してそのノズルから記録用紙Ｐへインクを噴射させながら、搬送ローラ３を制御して記録用紙Ｐを前方へ搬送させることで、記録用紙Ｐに所望の画像や文字等を記録するように構成されている。

また、記録用紙Ｐが搬送される用紙搬送領域よりも用紙幅方向一方側（図１の左側）に位置する退避位置には、キャップ９が昇降可能に配置されており、このキャップ９は、退避位置に移動したインクジェットヘッド２の下面（インク噴射面）を覆うことが可能である。そして、ノズルを含むインクジェットヘッド２内のインク流路に気泡や塵などが混入してノズル詰まりが生じたときには、インクジェットヘッド２のインク噴射面がキャップ９で覆われた状態で、ノズルからインクを強制的に排出するパージ動作を実行するように構成されている。より具体的には、ポンプ５により、通常のインク供給時よりもさらに高い圧力まで加圧してインクをインクジェットヘッド２へ供給することにより、記録時よりも高い圧力でノズルからインクを噴射し、インクジェットヘッド２内に混入した気泡や塵などをインクとともに排出する。尚、キャップ９には排出チューブ１０が接続されており、パージ動作によってキャップ９内に向けて噴射されたインクは、排出チューブ１０を介してキャップ９外へ排出される。

次に、インクタンク４内のインクをインクサブタンク７へ移送するポンプ５（液体移送装置）について図２〜図５を参照して説明する。図２は、ポンプ５の平面図である。また、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線断面図、図５は図２のＣ−Ｃ線断面図である。尚、図２の紙面手前側の方向を上方と定義し、また、図２の左右の方向を左右方向と定義して説明する。

図２〜図５に示すように、ポンプ５は、その上面に沿ってインク流路２２が形成された基材２０と、この基材２０の上面に配置された圧電アクチュエータ２１とを備えている。

まず、基材２０について説明する。図６は基材２０の平面図である。図２、図６に示すように、基材２０は、矩形の平面形状を有する板状部材である。この基材２０としては、金属材料や合成樹脂材料やシリコンなど種々の材質のものを使用できるが、ステンレス等の金属材料で形成されている場合には、エッチングによりインク流路２２を容易に形成することが可能となる。

基材２０の上面に形成されたインク流路２２は、圧力室２３と、この圧力室２３に連通するインク供給流路２４及びインク排出流路２５（液体流路）とからなる。圧力室２３は、基材２０の上面の中央部に凹状に形成されている。また、基材２０上面の圧力室２３よりも左側の領域に凹状のインク供給流路２４が形成され、このインク供給流路２４は、基材２０の左端に形成されたインク供給口２６から右方に延びて圧力室２３の左端部まで延びている。一方、基材２０上面の圧力室２３よりも右側の領域に凹状のインク排出流路２５が形成され、このインク排出流路２５は、圧力室２３の右端部から右方に延びて、基材２０の右端に形成されたインク排出口２７まで延びている。つまり、インク供給流路２４と圧力室２３とインク排出流路２５が、基材２０の上面に沿って左右に一直線上に延びるように配置されている。

インク供給口２６は、図１に示すインクタンク４とチューブ８を介して接続され、一方、インク排出口２７は、図１に示すインクサブタンク７とチューブ８を介して接続される。従って、基材２０の左端のインク供給口２６から流入したインクは、インク供給流路２４を通って圧力室２３に供給される。さらに、圧力室２３に流入したインクは、後述する圧電アクチュエータ２１により圧力が付与された後、インク排出流路２５を通って基材２０右端のインク排出口２７から排出され、インクサブタンク７へ移送される。

図２に示すように、インク供給流路２４とインク排出流路２５は、圧力室２３よりも流路幅（インク移送方向である左右方向と直交する水平方向（図２の上下方向）に関する長さ）が狭くなっている。さらに、インク供給流路２４及びインク排出流路２５は、インク供給口２６及びインク排出口２７との接続部分において、流路幅が狭まった形状に形成されている。また、インク供給流路２４とインク排出流路２５の流路形状は、圧力室２３に関して左右対称である。その結果、インク流路２２は、中央部の圧力室２３において流路幅が最も大きくなっており、この圧力室２３から左端のインク供給口２６と右端のインク排出口２７へ向かうにつれて、流路幅が狭くなる流路形状を有する。

ところで、後述する圧電アクチュエータ２１によって圧力室２３内のインクに圧力が付与されたときに、一度に多くの量のインクを移送することができるように、圧力室２３の流路断面積（インクの移送方向である左右方向と直交する鉛直面における断面積）を大きくして、圧力室２３の容積をある程度確保することが必要である。その一方で、インク供給流路２４及びインク排出流路２５については、圧電アクチュエータ２１により流路を容易且つ迅速に開閉することができるように、流路抵抗が極端に大きくならない程度に、流路断面積が小さくなっていることが好ましい。

そのため、インク供給流路２４及びインク排出流路２５の流路断面積は、圧力室２３の流路断面積よりも小さくなっている。具体的には、図２、図４、図５に示すように、インク供給流路２４及びインク排出流路２５の流路幅と流路深さの両方が、圧力室２３の流路幅と流路深さよりもそれぞれ小さくなっている。

さらに、インク供給流路２４の左右方向途中部には、後述する圧電アクチュエータ２１の開閉部３１と協働してインク供給流路２４を閉止する弁座２８が設けられている。図５に示すように、この弁座２８の上面は、その幅方向中央部において最も深くなった、滑らかな凹状の曲面に形成されている。同様に、インク排出流路２５の左右方向途中部にも、インク供給流路２４の弁座２８と同じ形状の弁座２９が設けられている。

次に、圧電アクチュエータ２１について説明する。図２〜図５に示すように、この圧電アクチュエータ２１は、インク移送のために圧力室２３内のインクに圧力を付与する圧力付与部３０と、インク供給流路２４とインク排出流路２５をそれぞれ開閉する開閉部３１，３２とを有する。

また、圧電アクチュエータ２１の圧力付与部３０と開閉部３１は、圧電材料層３６を含む複数の層が積層した積層体３３で構成されている。より具体的には、積層体３３は、基材２０の上面に配置された振動板３５と、この振動板３５の上面（基材２０と反対側の面）に形成された圧電材料層３６と、この圧電材料層３６の上面の、圧力室２３と対向する領域に形成された駆動電極３７（第１電極）と、インク供給流路２４及びインク排出流路２５とそれぞれ対向する領域に形成された２つの流路開閉用電極３８，３９（第２電極）とを含んでいる。

振動板３５は、基材２０と同じ矩形の平面形状を有する金属板であり、例えば、ステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金、あるいは、チタン系合金などからなる。この振動板３５は、圧力室２３、インク供給流路２４、及び、インク排出流路２５を上方から覆った状態で基材２０の上面に接合されている。また、導電性を有する振動板３５の上面は、駆動電極３７及び２つの流路開閉用電極３８，３９と、圧電材料層３６を挟んで対向しており、電極３７〜３９との間で圧電材料層３６に厚み方向の電界を生じさせる共通電極（第３電極）を兼ねている。この構成によれば、振動板３５とは別に圧電材料層３６の下側に共通電極を形成する必要がないため、その分、圧電アクチュエータ２１の構造が簡単なものとなる。

図７は振動板３５の平面図、図８は振動板３５のＤ−Ｄ線断面図である。図２、図３、図７、図８に示すように、振動板３５の上面（基材２０と反対側の面）の、圧力室２３とインク供給流路２４との境界部、及び、圧力室２３とインク排出流路２５との境界部と対向する領域には、それぞれ凹部４０，４１が形成されている。また、振動板３５の上面の、インク供給流路２４の弁座２８よりも上流側（左側）、及び、インク排出流路２５の弁座２９よりも下流側（右側）と対向する領域にも、それぞれ凹部４２，４３が形成されている。また、これら４つの凹部４０〜４３は、インク流路２２（圧力室２３、インク供給流路２４、及び、インク排出流路２５）の幅方向全域にわたって延びている。

つまり、４つの凹部４０〜４３が形成された部分において振動板３５の厚みが局所的に薄くなっており、その剛性が低下している。そして、振動板３５の、圧力室２３と対向する部分、インク供給流路２４の弁座２８と対向する部分、及び、インク排出流路２５の弁座２９と対向する部分が、それぞれ、剛性低下部としての凹部４０〜４３によって隔てられている。

振動板３５の上面には、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする、圧電材料からなる圧電材料層３６が形成されている。この圧電材料層３６には、４つの凹部４０〜４３と同一の平面形状を有する４つの貫通孔４５〜４８が、凹部４０〜４３とそれぞれ対向するように形成されている。言い換えれば、圧電材料層３６は、４つの凹部４０〜４３が形成された領域を除いて、振動板３５の上面全域に形成されている。

図２に示すように、駆動電極３７は矩形の平面形状を有し、圧電材料層３６の上面の、圧力室２３の流路幅方向に関する中央部と対向する領域に配置されている。一方、２つの流路開閉用電極３８，３９は、駆動電極３７よりも左右方向長さが短い、細長い矩形の平面形状を有し、２つの弁座２８，２９の流路幅方向中央部と対向する領域にそれぞれ配置されている。尚、これら３つの電極３７，３８，３９は、それぞれ、金、銅、銀、パラジウム、白金、あるいは、チタンなどの導電性材料からなる。

さらに、圧電材料層３６の上面には、駆動電極３７と２つの流路開閉用電極３８，３９から、インク流路２２（圧力室２３、インク供給流路２４、及び、インク排出流路２５）と対向しない領域までそれぞれ引き出され、且つ、互いに独立した３本の配線５０，５１，５２が形成されている。さらに、駆動電極３７と２つの流路開閉用電極３８，３９は、３本の配線５０〜５２を介して、それぞれドライバＩＣ６０（駆動手段：図９参照）に接続されている。また、特に図示しないが、共通電極を兼ねる振動板３５もドライバＩＣ６０と接続されている。そして、ドライバＩＣ６０は、振動板３５を常時グランド電位（第１電位）に保持するとともに、インクジェットプリンタ１００の制御装置６から送られた制御信号に基づいて、駆動電極３７と２つの流路開閉用電極３８，３９のそれぞれに対して、グランド電位（第１電位）とこのグランド電位とは異なる所定の駆動電位（第２電位）を選択的に付与するように構成されている。尚、駆動電極３７と流路開閉用電極３８，３９とが同じ面（圧電材料層３６の上面）に配置されることから、これらの電極３７，３８，３９に対応する電極（第３電極：本実施形態では振動板３０の上面）を、圧力付与部３０と開閉部３１，３２で共通化することができる。

圧電材料層３６の上面に配置された電極（駆動電極３７、あるいは、流路開閉用電極３８，３９）に対して、ドライバＩＣ６０から駆動電位が印加されると、この駆動電位が付与された電極と、グランド電位に保持されている圧電材料層３６下側の共通電極としての振動板３５の電位が互いに異なった状態となることから、上側の電極と下側の振動板３５の間に挟まれた圧電材料層３６に厚み方向の電界が生じる。このとき、圧電材料層３６の分極方向が電界の方向と同じ場合には、圧電材料層３６は分極方向である厚み方向に伸び、厚み方向と直交する面方向に収縮する（圧電横効果）。ここで、振動板３５は、インク流路２２と対向しない領域において基材２０に接合され、その変形が拘束されていることから、圧電材料層３６が面方向に収縮することにより、振動板３５のインク流路２２と対向する部分が撓んで、下側（基材２０側）に凸となるように変形する。

つまり、駆動電極３７にグランド電位が付与されている状態では、圧力室２３と対向する領域において圧電材料層３６は変形していない状態であることから、図４に実線で示されるように、振動板３５は基材２０の上面と平行である。この状態から、駆動電極３７に駆動電位が付与されると、図４に２点鎖線で示されるように、振動板３５が基材２０側（圧力室２３側）へ向けて凸となるように変形することによって、圧力室２３の容積が減少するため、圧力室２３内のインクに圧力が付与される。以上より、この積層体３３の、圧力室２３と対向する部分（駆動電極３７を含む部分）が、インク移送のために圧力室２３内のインクに圧力を付与する圧力付与部３０を構成している。

また、流路開閉用電極３８にグランド電位が付与されている状態では、インク供給流路２４と対向する領域において、圧電材料層３６は変形していない状態であることから、図５に実線で示されるように、振動板３５は基材２０の上面と平行である。このとき、インク供給流路２４に設けられた凹状の弁座２８の上面と振動板３５との間に隙間が形成されており、インク供給流路２４は開放状態となる。一方、流路開閉用電極３８に駆動電位が付与されると、図５に２点鎖線で示されるように、振動板３５が基材２０側（インク供給流路２４側）へ向けて凸となるように変形する。ここで、インク供給流路２４に設けられた弁座２８の上面は、振動板３５の凸状変形に対応した凹状に予め形成されている。そのため、基材２０側へ凸状に変形した振動板３５が、この凸形状に対応する凹状の弁座２８にほぼ密着した状態で当接することになり、インク供給流路２４が確実に閉止される（閉止状態）。以上より、積層体３３のインク供給流路２４と対向する部分（流路開閉用電極３８を含む部分）が、インク供給流路２４と開閉する開閉部３１を構成している。

同じく、流路開閉用電極３９にグランド電位が付与されている状態では、振動板３５と弁座２９との間に隙間が存在するため、インク排出流路２５は開放状態となる。また、流路開閉用電極３９に駆動電位が付与されると、振動板３５が凸状に変形して凹状の弁座２９にほぼ密着するため、インク排出流路２５が閉止状態となる。従って、積層体３３のインク排出流路２５と対向する部分（流路開閉用電極３９を含む部分）が、このインク排出流路２５と開閉する開閉部３２を構成している。

以上のように、圧力付与部３０が、積層体３３の圧力室２３と対向する部分から構成される一方で、開閉部３１，３２が、積層体３３のインク供給流路２４及びインク排出流路２５と対向する部分から構成されている。その結果、図３に示すように、圧電アクチュエータ２１は、圧力付与部３０と２つの開閉部３１，３２とが基材２０の上面に沿って（一平面上に）配置された構造を有する。

尚、ドライバＩＣ６０は、独立した配線５０〜５２を介して、駆動電極３７及び２つの流路開閉用電極３８，３９と接続されており、３つの電極３７〜３９にそれぞれ所定のタイミングで駆動電位を付与することで、圧力付与部３０と開閉部３１，３２を独立して駆動するように構成されている。そのため、圧力付与部３０による圧力付与と、開閉部３１，３２による流路２４，２５の開閉は、独立して行うことが可能である。

また、前述したように、振動板３５の上面（基材２０と反対側の面）に４つの凹部４０〜４３が形成され、振動板３５の、圧力室２３、インク供給流路２４の弁座２８、及び、インク排出流路２５の弁座２９とそれぞれ対向する部分が、凹部４０〜４３によって互いに隔てられている。さらに、４つの凹部４０〜４３の表面には圧電材料層３６が形成されていない。つまり、圧力付与部３０と開閉部３１，３２のインク移送方向（左右方向）に関する両端部に、局所的に積層体３３の厚みが薄くなって、剛性が低下した部分がそれぞれ設けられている。

このように、隣接する圧力付与部３０と開閉部３１，３２との間において、積層体３３を構成する振動板３５や圧電材料層３６の剛性が局所的に低下していると、電極に駆動電位が付与されたときの圧電材料層３６や振動板３５の変形が伝播しにくくなる。つまり、圧力付与部３０と開閉部３１，３２との間で、圧電材料層３６や振動板３５の変形が互いに干渉し合うのが抑制されるため、圧力付与部３０と開閉部３１，３２の独立した動作が保証される。また、圧力付与部３０と開閉部３１，３２の両端部に剛性低下部が配置されているということは、言い換えれば、電極に対向して圧電材料層３６が自発的に変形する領域（駆動領域）の両側の、従動領域における剛性が低下しているということである。このように、従動領域の剛性が低いと、振動板がさらに大きく変形しやすくなる。従って、小さな駆動電位で振動板の変位量を大きくすることができることから、圧力付与部３０と開閉部３１，３２を効率よく駆動することが可能となる。

次に、前述したポンプ５を含む、インクジェットプリンタ１００（図１参照）の各部の動作を制御する制御装置６について、図９のブロック図を参照して簡単に説明する。制御装置６は、キャリッジ１の往復動作、インクジェットヘッド２のインク噴射動作、搬送ローラ３による記録用紙Ｐの搬送動作、ポンプ５によるインク移送動作等の、プリンタ１００の各種動作の制御を司るものであり、中央演算処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プリンタ１００を制御するためのプログラムやデータ等が格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵで処理されるデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えている。

そして、制御装置６は、ＰＣ等のデータ入力装置２００から入力された記録画像等に関するデータに基づいて、キャリッジ１を往復駆動するキャリッジ駆動モータ６１、インクジェットヘッド２、及び、搬送ローラ３を駆動する搬送モータ６２を制御して、記録用紙Ｐに所望の画像等を記録させる。さらに、ポンプ５の圧電アクチュエータ２１（具体的には、ドライバＩＣ６０）を制御して、ポンプ５によりインクタンク４内に貯留されているインクをインクジェットヘッド２へ供給させる。

次に、ポンプ５によるインク移送動作の一例を、図１０を参照して説明する。尚、図１０において、“＋”は電極電位が駆動電位である状態を示し、“ＧＮＤ”は電極電位がグランド電位である状態を示している。

まず、図１０（ａ）に示すように、ポンプ５の動作が停止しているときには、ドライバＩＣ６０により、圧力付与部３０の駆動電極３７と、開閉部３１，３２の流路開閉用電極３８，３９の、３つの電極３７〜３９の電位が全てグランド電位に保持されており、これら３つの電極３７〜３９と共通電極としての振動板３５との間に電位差が生じていない。従って、圧電材料層３６に圧電横効果による収縮が生じておらず、振動板３５は基材２０の上面と平行な状態となっている。このとき、インク供給流路２４とインク排出流路２５において、振動板３５と弁座２８，２９との間に隙間が形成されており、インク供給流路２４とインク排出流路２５は共に開放状態である。

この状態から、図１０（ｂ）に示すように、ドライバＩＣ６０により、インク供給流路２４に対向する流路開閉用電極３８の電位が駆動電位に切り換えられると、開閉部３１において振動板３５が基材２０側へ向けて凸状に変形する。このとき、凹状に形成された弁座２８の上面に振動板３５がほぼ密着し、振動板３５と弁座２８との間の隙間が塞がれるため、インク供給流路２４が閉止される。

さらに、図１０（ｃ）に示すように、圧力室２３に対向する駆動電極３７の電位が駆動電位に切り換えられると、圧力付与部３０において振動板３５が基材２０側へ向けて凸状に変形する。これにより、圧力室２３の容積が減少するため、圧力室２３内のインクに圧力が付与され、圧力室２３からインク排出流路２５へインクが排出される。また、このとき、圧力室２３の上流側のインク供給流路２４が開閉部３１により閉止されているため、圧力室２３内で発生した圧力波がインク供給流路２４へ抜けない。そのため、インクを効率よく移送できる。

次に、図１０（ｄ）に示すように、圧力室２３内のインクの排出が終了するタイミングに合わせて、インク排出流路２５に対向する、開閉部３２の流路開閉用電極３９の電位が駆動電位に切り換えられる。すると、開閉部３２において振動板３５が基材２０側に向けて凸状に変形し、弁座２９の上面にほぼ密着するため、インク排出流路２５が閉止される。

次に、図１０（ｅ）に示すように、ドライバＩＣ６０により、インク供給流路２４に対向する電極３８の電位がグランド電位に切り換えられると、インク供給流路２４が再び開放される。さらに、図１０（ｆ）に示すように、圧力室２３に対向する駆動電極３７の電位がグランド電位に切り換えられると、圧力付与部３０において振動板３５が平坦な形状に戻り、圧力室２３の容積が増加する。このとき、開閉部３２によりインク排出流路２５が閉止されていることから、圧力室２３の容積が増大することによって圧力室２３内のインクの圧力が急激に低下し、インク供給流路２４から圧力室２３内にインクが流入する。その後、再び、開閉部３１によりインク供給流路２４が閉止されるとともに、開閉部３２によりインク排出流路２５が開放されてから（図１０（ｂ））、圧力付与部３０により圧力室２３内のインクに圧力が付与される（図１０（ｃ））。

以上のように、インク供給流路２４から圧力室２３内に供給されたインクが、圧力室２３において圧力が付与されて、インク排出流路２５から排出されるという、一連の動作が繰り返されることで、インクタンク４内のインクがインクサブタンク７へ移送される。

次に、本実施形態のポンプ５の製造方法について図１１を参照して説明する。
まず、図１１（ａ）に示すように、基材２０の上面に、圧力室２３と、この圧力室２３に連通するとともに圧力室２３よりも流路断面積の小さい、インク供給流路２４とインク排出流路２５を形成する（流路形成工程）。ここで、基材２０が金属板である場合には、エッチングにより、弁座２８，２９を含む比較的複雑な形状を有するインク流路２２を容易に形成することができる。

また、この流路形成工程と並行して、基材２０の上面に配置される圧電アクチュエータ２１を製造する（アクチュエータ製造工程）。まず、図１１（ｂ）に示すように、金属材料からなる振動板３５の上面に、振動板３５の剛性を局所的に低下させるための４つの凹部４０〜４３を、エッチングにより形成する。

次に、図１１（ｃ）に示すように、４つの凹部４０〜４３が形成された振動板３５の上面全域に圧電材料層３６を形成する（圧電材料層形成工程）。ここで、この圧電材料層形成工程において、圧電材料の粒子を振動板３５の上面に堆積させることにより、圧力室２３に対向することになる圧力付与部３０の圧電材料層３６ａと、インク供給流路２４及びインク排出流路２５にそれぞれ対向することになる開閉部３１，３２の圧電材料層３６ｂ，３６ｃを同時に形成することができる。この圧電材料層３６を形成する具体的な方法としては、例えば、圧電材料からなる粒子とキャリアガスとを混合したエアロゾルを、成膜対象（振動板３５）に高速で衝突させることにより粒子を堆積させるエアロゾルデポジション（ＡＤ）法を採用することができる。その他、スパッタ法や化学蒸着（ＣＶＤ）法を用いることもできる。

その後、図１１（ｄ）に示すように、４つの凹部４０〜４３の表面に堆積した圧電材料を、レーザーを照射するなどして除去して、４つの凹部４０〜４３にそれぞれ対応する４つの貫通孔４５〜４８を形成する。

尚、図１１（ｃ）の圧電材料層形成工程において、振動板３５の上面に、その４つの凹部４０〜４３のみを覆うマスク材を配置してから、振動板３５の上面のマスク材で覆われていない領域に圧電材料の粒子を堆積させてもよい。この場合には、振動板３５の凹部４０〜４３の表面に圧電材料が堆積しないため、レーザー等で凹部表面の圧電材料を除去する工程は不要である。

次に、図１１（ｅ）に示すように、圧電材料層３６の上面の、４つの凹部４０〜４３の間に挟まれた部分３６ａ〜３６ｃにそれぞれ電極３７〜３９を形成する（電極配置工程）。即ち、圧力室２３と対向することになる圧力付与部３０の圧電材料層３６ａの上面に駆動電極３７を形成するとともに、インク供給流路２４及びインク排出流路２５とそれぞれ対向することになる、開閉部３１，３２の圧電材料層３６ｂ，３６ｃの上面に流路開閉用電極３８，３９を形成する。

ここで、例えば、スクリーン印刷法を用いれば、圧電材料層３６の上面に、駆動電極３７と２つの流路開閉用電極３８，３９を一度に形成することが可能である。また、蒸着法等により圧電材料層３６の全面に導電膜を形成した後、不要な領域の導電層をレーザー等により除去することで、駆動電極３７と流路開閉用電極３８，３９を形成してもよい。尚、前述したように、本実施形態においては、振動板３５の上面が、圧電材料層３６の上面の３つの電極３７〜３９と対向する共通電極（第３電極）を兼ねていることから、圧電材料層３６の下側に共通電極を形成する工程は省略される。
以上の工程によって、圧力付与部３０と開閉部３１，３２とが一平面に沿って配置された構造の圧電アクチュエータ２１が製造される。

尚、振動板３５の凹部４０〜４３は上面と下面の何れに形成してもよいのであるが、特に、振動板３５の上面に凹部４０〜４３を形成する場合には、アクチュエータ製造工程に含まれる複数の工程（振動板３５の凹部４０〜４３の形成（図１１（ｂ））、圧電材料層３６の形成（図１１（ｃ））、レーザー等による凹部表面の圧電材料の除去（図１１（ｄ））、電極形成（図１１（ｅ）））を、全て同じ方向（上方）から実行できるため、圧電アクチュエータ２１の製造が容易になり、工程短縮が可能である。

最後に、図１１（ｆ）に示すように、圧電アクチュエータ２１を、その圧力付与部３０が圧力室２３に対向し、開閉部３１，３２がインク供給流路２４とインク排出流路２５に対向するように基材２０の上面に設置し、振動板３５の下面と基材２０の上面とを接着材などを用いて接合する。以上でポンプ５の製造が完了する。

以上説明した本実施形態のポンプ５によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態のポンプ５は、圧力室２３内のインクに圧力を付与する圧力付与部３０と、圧力室２３に連通するインク供給流路２４とインク排出流路２５をそれぞれ開閉する開閉部３１，３２とを有し、これら圧力付与部３０と開閉部３１，３２が互いに独立して駆動される。従って、開閉部３１，３２によりインク供給流路２４とインク排出流路２５をそれぞれ開閉しつつ、圧力付与部３０により適切なタイミングで圧力室２３内のインクに圧力を付与することで、インクを効率よく移送することが可能となる。また、液体移送ポンプとして従来から広く用いられている、機械式のポンプ（チューブポンプやシリンジポンプ等）と異なり、圧電アクチュエータ２１には摺動部が存在しないため、動作時に発生する騒音が小さいという利点もある。

さらに、圧電アクチュエータ２１は、基材２０の一表面に沿って延在する振動板３５や圧電材料層３６、電極３７〜３９等を含む積層体３３を有し、この積層体３３の圧力室２３と対向する部分が圧力付与部３０となる一方で、インク供給流路２４及びインク排出流路２５と対向する部分がそれぞれ開閉部３１，３２となっている。その結果、圧力付与部３０と開閉部３１，３２とが基材２０の一表面に沿う同一平面上に配置されることになる。そのため、圧力付与部と開閉部が別々の平面上に配置された立体的な構造と比較すると、圧電アクチュエータ２１の構造が簡単なものとなり、圧電アクチュエータ２１をコンパクトにすることによってポンプ５を小型化することが可能になる。

また、基材２０の上面に、振動板３５、圧電材料層３６、及び、電極３７〜３９といった複数の層を積層していくことで、同一平面上に位置する圧力付与部３０と開閉部３１，３２とを同時に製造することができる。特に、圧電材料層形成工程において、振動板３５の上面に圧電材料の粒子を堆積させる方法を採用すれば、振動板３５上に、圧力付与部３０と開閉部３１，３２の圧電材料層３６を同時に形成することができるため、圧電アクチュエータ２１の製造工程を簡素化することができる。

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

１］前記実施形態では、圧力付与部３０と開閉部３１，３２の両端部に凹部４０〜４３が形成された上で、圧電材料層３６に、それら凹部４０〜４３と対応する貫通孔４５〜４８が形成されている（図３参照）。しかし、図１２に示すように、振動板３５Ａに凹部が形成されておらず、圧電材料層３６に４つの貫通孔４５〜４８が形成されているだけでもよい（変更形態１）。また、図１３に示すように、振動板３５Ｂに凹部が形成されておらず、さらに、圧電材料層３６Ｂに、変更形態１の４つの貫通孔４５〜４８の代わりに、４つの凹部４５Ｂ〜４８Ｂが形成されていてもよい（変更形態２）。このように、圧電材料層のみに貫通孔や凹部が形成されているだけでも、圧電アクチュエータを構成する積層体の剛性はある程度低下することから、振動板の変位量の増大、及び、圧力付与部と開閉部との間の相互干渉防止という効果が得られる。

尚、圧力付与部と開閉部の間の距離が十分に離れているなど、圧力付与部と開閉部との間の相互干渉を積極的に抑制する必要がない場合には、圧電アクチュエータを構成する積層体に剛性低下部を設ける必要がない。つまり、図１４、図１５に示すように、振動板３５Ｃに凹部が形成されておらず、さらに、圧電材料層３６Ｃにも貫通孔や凹部が形成されておらず、圧電材料層３６Ｃが圧力室２３、インク供給流路２４、及び、インク排出流路２５に跨って連続的に形成されていてもよい（変更形態３）。この場合には、振動板に凹部を形成するための工程や、圧電材料層に貫通孔や凹部を形成するための工程が不要になるため、製造工程を簡素化できる。

２］図１６、図１７に示すように、積層体３３Ｄの剛性を局所的に低下させるための凹部４０Ｄ〜４３Ｄが、振動板３５Ｄの下面に形成されてもよい（変更形態４）。但し、この場合、インク中に気泡が混入したときにその気泡が凹部４０Ｄ〜４３Ｄ内に滞留しやすくなるため、圧力付与部によりインクに所望の圧力を付与することができなくなる虞がある。一方、前記実施形態のように、凹部４０〜４３が振動板３５の上面（基材と反対側の面）に形成されていると、インクと接する振動板３５の下面は平坦な面となるため、気泡が滞留しにくい（図３参照）。この点からは、凹部は振動板の上面に形成されていることが好ましい。

３］前記実施形態では、圧電材料層３６が、圧力室２３等のインク流路２２よりも外側の領域まで形成されているため、圧電材料層３６の変形が拘束されることになり、インク流路２２と対向する領域における振動板３５の変位量が小さくなってしまう。そこで、図１８、図１９に示すように、圧電材料層３６Ｅが、振動板３５Ｅの上面の、圧力室２３と弁座２８，２９と対向する領域にのみ形成されていてもよい（変更形態５）。

尚、この変更形態５においても、圧電材料層３６Ｅの上面に形成された３つの電極３７〜３９からそれぞれ独立した配線５０Ｅ〜５２Ｅが引き出されているが、これらの配線５０Ｅ〜５２Ｅをインク流路２２の外側の領域まで引き出すことはできない（インク流路２２の外側の領域においては圧電材料層３６Ｅが存在しないため、グランド電位に保持された振動板３５Ｅの上面と導通してしまう）。そのため、この変更形態５においては、３本の配線５０Ｅ〜５２Ｅの電極と反対側の端部に設けられて、電極３７〜３９とドライバＩＣ６０とをＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）等を介して接続するための接点が、インク流路２２（圧力室２３、及び、弁座２８，２９）と対向する領域に位置している。

４］圧電材料層の上面に形成された電極から配線が引き出されている場合に、電極に駆動電位が付与されたときに、配線と振動板との間の圧電材料層に、不要な静電容量（寄生容量）が発生してしまう。そこで、図２０〜図２２に示すように、圧電材料層３６の上面と配線５０〜５２との間に、圧電材料層３６よりも誘電率の低い絶縁性材料からなる絶縁層７０が形成されていてもよい（変更形態６）。この絶縁層７０は、例えば、アルミナやジルコニア等のセラミックス材料や、ポリイミド等の樹脂材料で形成することができる。

５］圧電材料層の上面の電極が、圧力室２３等のインク流路２２の幅方向中央部と対向する領域に配置されている必要は必ずしもない。例えば、図２３、図２４に示すように、電極３７Ｇ〜３９Ｇが、圧電材料層３６Ｇの上面の、流路幅方向の一方側と対向する領域に配置されていてもよい（変更形態７）。この構成においては、電極３７Ｇ〜３９Ｇに駆動電位が付与されると、これら電極３７Ｇ〜３９Ｇが配置された流路幅方向一方側において振動板３５が基材２０側に向けて凸状に変化する。

６］圧電アクチュエータが、駆動電極や流路開閉用電極に駆動電位が付与されたときに、振動板が基材と反対側に向けて凸状に変形するものであり、このように振動板が変形したときに、インク供給流路やインク排出流路が開放されるように構成されていてもよい。

例えば、図２５〜図２８に示す変更形態８のポンプにおいては、圧電材料層３６の上面に、圧力付与部３０Ｈと開閉部３１Ｈ，３２Ｈにそれぞれ含まれる３種類の電極３７Ｈ〜３９Ｈが設けられており、さらに、各電極３７Ｈ〜３９Ｈは、流路幅方向両端部に配置された２つの電極に分割されている。即ち、駆動電極３７Ｈは、圧力室２３の流路幅方向両端部と対向する領域にそれぞれ配置された、２つの電極３７ａ，３７ｂに分割されている。また、流路開閉用電極３８Ｈは、インク供給流路２４の弁座２８Ｈの流路幅方向両端部と対向する領域にそれぞれ配置された、２つの電極３７ａ，３７ｂに分割されている。さらに、流路開閉用電極３９Ｈは、インク排出流路２５の弁座２９Ｈの流路幅方向両端部と対向する領域にそれぞれ配置された、２つの電極３９ａ，３９ｂに分割されている。そして、２つに分割された電極同士（電極３７ａと電極３７ｂ、電極３８ａと電極３８ｂ、電極３９ａと電極３９ｂ）がこれら分割電極よりも細い配線３７ｃ〜３９ｃによって互いに導通している。つまり、２つに分割された電極には同じ電位が同時に付与される。

一方、インク供給流路２４とインク排出流路２５には、これら流路２４，２５の幅方向全域に亙って延在する堰状の弁座２８Ｈ，２９Ｈがそれぞれ形成されている。また、図２６に示すように、２つの弁座２８Ｈ，２９Ｈの頂面（上面）は、基材２０の上面と同一平面上に位置している。

分割された３種類の電極３７Ｈ〜３９Ｈに駆動電位が付与されると、分割電極が配置されている、流路幅方向両端部と対向する領域の圧電材料層３６が面方向に縮む。すると、この幅方向両端部における圧電材料層３６の収縮に伴って、流路幅方向中央部と対向する領域の振動板３５が上側（基材２０と反対側）へ向けて凸状に変形する。

従って、図２７に２点鎖線で示されるように、圧力付与部３０Ｈにおいて、駆動電極３７Ｈに駆動電位が付与されたときに、振動板３５が上側へ凸状に変形すると、圧力室２３の容積が増大することから、圧力室２３内にインクが流入する。その後、駆動電極３７Ｈにグランド電位が付与されたときに、図２７に実線で示されるように、振動板３５が平坦な形状に戻り、圧力室２３の容積が減少することから、圧力室２３内のインクに圧力が付与される。

一方、インク供給流路２４に対応する開閉部３１Ｈにおいて、流路開閉用電極３８Ｈにグランド電位（第１電位）が付与されているときには、図２８に実線で示されるように、振動板３５は平坦な状態であり、その下面が堰状の弁座２８Ｈの頂面と密着状に当接していることから、インク供給流路２４は閉止されている。この状態から、流路開閉用電極３８Ｈに駆動電位（第２電位）が付与され、図２８に２点鎖線で示されるように、振動板３５が上側へ凸状に変形すると、振動板３５の下面が弁座２８Ｈの頂面から離間する。すると、振動板３５と弁座２８Ｈとの間に隙間が形成されることから、インク供給流路２４が開放される。

同様に、インク排出流路２５に対応する開閉部３２Ｈにおいて、流路開閉用電極３９Ｈにグランド電位が付与されているときには、インク排出流路２５は閉止されている。また、流路開閉用電極３９Ｈに駆動電位が付与されたときには、振動板３５と弁座２９Ｈの頂面との間に隙間が形成されて、インク排出流路２５が開放される。

この変更形態８の構成によれば、弁座２８Ｈ，２９Ｈの頂面は平坦な形状でよく、頂面を加工する必要がないことから、振動板の凸状変形に対応した凹状に形成される前記実施形態の弁座２８，２９（図３、図６参照）と比べると、弁座の形成が容易である。

以上、駆動電極や流路開閉用電極に駆動電位が付与されたときに、振動板が基材と反対側に向けて凸状に変形する圧電アクチュエータの例として変更形態７を挙げたが、前記実施形態の圧電アクチュエータ２１の電極構成（図２〜図５参照）でも、振動板３５を上側に凸状に変形させることは可能である。但し、ドライバＩＣ６０から駆動電極３７と流路開閉用電極３８，３９に付与する駆動電位を、グランド電位よりも低い負の電位にする。このように、駆動電位として負の電位が付与されると、上下の電極の間に挟まれる圧電材料層３６に作用する電界の方向が、駆動電位が正である場合と逆の方向となり、分極方向と逆方向になることで、圧電材料層３６は面方向に伸びることになる。その結果、前記実施形態とは逆に、振動板３５が上側（基材２０と反対側）に向けて凸状に変形する。

７］前記実施形態では、振動板３５が導電性を有する金属材料からなり、この振動板３５の上面が、駆動電極３７及び流路開閉用電極３８，３９と対向する共通電極（第３電極）を兼ねているが、図２９に示すように、圧電材料層３６の下面に、振動板３５とは別にグランド電位に保持される共通電極７２が設けられていてもよい（変更形態９）。但し、振動板３５が導電性材料からなる場合には、共通電極７２と振動板３５の上面の間に、両者を電気的に絶縁する絶縁層８０が設けられる。この絶縁層８０は、アルミナやジルコニア等のセラミックス材料や、ポリイミド等の樹脂材料で形成することができる。また、振動板３５がシリコンからなる場合には、この振動板３５の上面に、絶縁層８０としてシリコンの酸化膜を形成してもよい。一方、振動板３５が絶縁性材料からなる場合には、絶縁層８０は不要である。

８］図３０〜図３３に示すように、駆動電極３７Ｊ（第１電極）と流路開閉用電極３８Ｊ，３９Ｊ（第２電極）が、圧電材料層３６Ｊの下面に配置されるとともに、これら駆動電極３７Ｊと流路開閉用電極３８Ｊ，３９Ｊと対向する電極８２〜８４（第３電極）が圧電材料層３６Ｊの上面にそれぞれ配置されていてもよい（変更形態１０）。尚、この変更形態１０においても、振動板３５が導電性材料からなる場合には、駆動電極３７Ｊ及び流路開閉用電極３８Ｊ，３９Ｊと振動板３５の上面の間に、両者を電気的に絶縁する絶縁層８５が設ける必要がある。しかし、電極８２〜８４の端部を、グランド電位に保持された振動板３５の上面に導通させるだけで、これらの電極８２〜８４をグランド電位に保持することができる。一方、振動板３５が絶縁性材料からなる場合には、絶縁層８５は不要であるが、電極８２〜８４をドライバＩＣ６０に接続してグランド電位に保持するための配線が別途必要となる。

９］以上説明した実施形態及びその変更形態においては、駆動電極（第１電極）と流路開閉用電極（第２電極）が共に圧電材料層の一方の面に配置され、共通電極（第３電極）が圧電材料層の他方の面に配置されている。しかし、駆動電極と流路開閉用電極が圧電材料層の異なる面にそれぞれ配置されていてもよい。この場合、駆動電極と流路開閉用電極とそれぞれ対向する電極（第３電極）も、互いに異なる面にそれぞれ配置されることになる。

１０］圧力室、インク供給流路、あるいは、インク排出流路の形状は、前記実施形態の形状に限られるものではない。

例えば、図３４、図３５に示すように、圧力室２３Ｋの平面形状が円形であってもよい（変更形態１１）。このように、圧力室２３Ｋが円形で、その中央部と対向する領域に円形の駆動電極３７Ｋが配置されている場合には、圧力室が矩形の場合に比べて、振動板３５の中央部の変位量、即ち、圧力室２３Ｋの容積変化量が大きくなるため、インクに効率よく圧力を付与することができる。

また、左右にそれぞれ位置するインク供給流路とインク排出流路が圧力室に関して非対称な形状に形成されていてもよい。また、図２のようにインク供給流路、圧力室、及び、インク排出流路が一直線上に配置されている必要も特になく、平面視で、インク供給流路とインク排出流路が圧力室において折れ曲がるように配置されてもよい。

さらに、前記実施形態では、圧力室の流路断面積を、インク供給流路及びインク排出流路の流路断面積よりも大きくするために、圧力室の流路幅と流路深さの両方を、インク供給流路及びインク排出流路よりも大きくしている。しかし、圧力室の流路幅か流路深さの一方だけを、インク供給流路及びインク排出流路よりも大きくしてもよい。尚、流路幅の方を大きくすると、振動板の圧力室に面する領域の面積が広くなるため、振動板変形時の圧力室の容積変化を大きくすることができるという点で好ましい。

１１］以上説明した実施形態においては、圧電アクチュエータは、インク供給流路とインク排出流路をそれぞれ開閉する２つの開閉部を備えているが、２つの開閉部のうち何れか一方が省略されてもよい。この場合でも、圧力室内のインクの圧力が変動したときに、インク供給流路とインク排出流路の一方が開閉部で閉止されることにより、圧力波が圧力室から抜けてしまうのをある程度防止できることから、圧力室内のインクに効率よく圧力を付与することができる。また、開閉部が省略された流路内に、下流側の圧力が上流側の圧力よりも高い場合に作動して、逆流を防止する逆止弁が設けられていてもよい。

また、基材に、圧力室とこの圧力室に連通する３以上の流路が形成され、圧電アクチュエータが、これら３以上の連通流路のそれぞれを開閉する３以上の開閉部を備えるものであってもよい。

以上、本発明を実施の形態として、インクジェットプリンタのインク供給ポンプに本発明を適用した例を挙げて説明したが、本発明を適用可能な形態は、これに限られるものではない。例えば、図３６に示すように、メタノールなどの液体燃料を貯留する燃料カートリッジ９０と、液体燃料を消費して発電する燃料電池９１との間に設けられ、燃料電池に液体燃料を移送するポンプ９５に、本発明を適用することが可能である。その他にも、マイクロ総合分析システム（μＴＡＳ）内部で薬液や生化学溶液等の液体を移送する液体移送装置、マイクロ化学システム内部で溶媒や化学溶液等の液体を移送する液体移送装置にも本発明を適用することができる。

本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。 ポンプの平面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。 図２のＣ−Ｃ線断面図である。 基材の平面図である。 振動板の平面図である。 図７のＤ−Ｄ線断面図である。 インクジェットプリンタの電気的構成を概略的に示すブロック図である。 ポンプの動作説明図であり、（ａ）はポンプ停止状態、（ｂ）はインクへの圧力付与直前の状態、（ｃ）は圧力が付与されたインクが圧力室から排出されている状態、（ｄ）はインクの排出が終了した状態、（ｅ）は圧力室へのインク吸入直前の状態、（ｆ）は圧力室へインクが吸入されている状態をそれぞれ示す。 ポンプの製造工程を示す図であり、（ａ）は流路形成工程、（ｂ）は振動板の凹部形成工程、（ｃ）は圧電材料層形成工程、（ｄ）は凹部表面の圧電材料を除去する工程、（ｅ）は電極配置工程、（ｆ）は基材と圧電アクチュエータを接合する工程をそれぞれ示す。 変更形態１のポンプの図３相当の断面図である。 変更形態２のポンプの図３相当の断面図である。 変更形態３のポンプの平面図である。 図１４のＥ−Ｅ線断面図である。 変更形態４のポンプの平面図である。 図１６のＦ−Ｆ線断面図である。 変更形態５のポンプの平面図である。 図１８のＧ−Ｇ線断面図である。 変更形態６のポンプの平面図である。 図２０のＨ−Ｈ線断面図である。 図２０のＩ−Ｉ線断面図である。 変更形態７のポンプの平面図である。 図２３のＪ−Ｊ線断面図である。 変更形態８のポンプの平面図である。 図２５のＫ−Ｋ線断面図である。 図２５のＬ−Ｌ線断面図である。 図２５のＭ−Ｍ線断面図である。 変更形態９のポンプの図３相当の断面図である。 変更形態１０のポンプの平面図である。 図３０のＮ−Ｎ線断面図である。 図３０のＯ−Ｏ線断面図である。 図３０のＰ−Ｐ線断面図である。 変更形態１１のポンプの平面図である。 図３４のＱ−Ｑ線断面図である。 燃料電池に液体燃料を移送するポンプに本発明を適用した例を示す図である。

符号の説明

５ ポンプ
２０ 基材
２１ 圧電アクチュエータ
２３ 圧力室
２４ インク供給流路
２５ インク排出流路
２８，２８Ｈ 弁座
２９，２９Ｈ 弁座
３０，３０Ｈ 圧力付与部
３１，３１Ｈ 開閉部
３２，３２Ｈ 開閉部
３３，３３Ｄ 積層体
３５、３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ，３５Ｅ 振動板
３６，３６Ｂ，３６Ｅ，３６Ｇ，３６Ｊ 圧電材料層
３７，３７Ｇ，３７Ｈ，３７Ｊ，３７Ｋ 駆動電極
３８，３８Ｈ，３８Ｊ 流路開閉用電極
３９，３９Ｈ，３９Ｊ 流路開閉用電極
４０，４１ 凹部
４５，４６ 貫通孔
５０，５１，５２ 配線
６０ ドライバＩＣ
７２ 共通電極
８２ 電極
９５ ポンプ

Claims (13)

1. その一表面に、圧力室と、この圧力室に連通するとともに前記圧力室よりも流路断面積の小さい液体流路が形成された基材と、
   前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧力付与部と前記液体流路を開閉する開閉部とを有する、圧電アクチュエータを備え、
   さらに、前記圧電アクチュエータは、
   前記基材の前記一表面に配置され、前記圧力室と前記液体流路の両方を覆う振動板と、
   前記振動板の前記基材と反対側の面に配置された圧電材料層と、
   前記圧電材料層の何れか一方の面の、前記圧力室と対向する領域に配置された第１電極と、
   前記圧電材料層の何れか一方の面の、前記液体流路と対向する領域に配置された第２電極と、
   前記圧電材料層に、前記第１電極及び前記第２電極と対向するように配置された第３電極と、を含む積層体を有し、
   前記圧力付与部が前記積層体の前記圧力室と対向する部分から構成されるともに、前記開閉部が前記積層体の前記液体流路と対向する部分から構成され、前記圧力付与部と前記開閉部が、前記基材の一表面に沿って配置され、
   前記開閉部の、前記液体流路に沿う方向における両側に、前記積層体の剛性を局所的に低下させる剛性低下部が設けられていることを特徴とする液体移送装置。
2. 前記剛性低下部は、前記振動板の、前記液体流路に沿う方向において前記開閉部を挟む２つの領域に形成された凹部であることを特徴とする請求項１に記載の液体移送装置。
3. 前記凹部は、前記振動板の前記基材と反対側の面に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液体移送装置。
4. 前記剛性低下部は、前記圧電材料層の、前記液体流路に沿う方向において前記開閉部を挟む２つの領域に形成された凹部又は貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載の液体移送装置。
5. 前記圧力室の流路幅が、前記液体流路の流路幅よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液体移送装置。
6. 前記第１電極及び前記第２電極と、独立した配線を介して接続された駆動手段を備え、
   前記駆動手段は、前記第１電極及び前記第２電極に対して、それぞれ所定のタイミングで所定の電位を付与することにより、前記圧力付与部と前記開閉部を独立して駆動することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の液体移送装置。
7. 前記開閉部は、前記駆動手段から前記第２電極に対して所定の第１電位が付与されているときには、前記振動板が前記基材の一表面と平行であり、前記第２電極に対して前記第１電位とは異なる所定の第２電位が付与されたときには、前記振動板が前記基材側へ向けて凸状に変形するように構成され、
   前記基材の前記液体流路には、前記振動板の凸状変形に対応する凹状の弁座が形成されており、
   前記振動板が前記基材側へ向けて凸状に変形して凹状の前記弁座に当接したときに、前記液体流路が閉止されることを特徴とする請求項６に記載の液体移送装置。
8. 前記第２電極は、前記圧電材料層の前記基材と反対側の面の、前記液体流路の幅方向中央部と対向する領域に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の液体移送装置。
9. 前記開閉部は、前記駆動手段から前記第２電極に対して所定の第１電位が付与されたときには、前記振動板が前記基材の一表面と平行であり、前記第２電極に対して前記第１電位とは異なる所定の第２電位が付与されたときには、前記振動板が前記基材と反対側へ向けて凸状に変形するように構成され、
   前記基材の前記液体流路には、この液体流路の幅方向全域に亙って延在するとともにその頂面が前記基材の一表面と同じ平面内に位置する、堰状の弁座が形成されており、
   前記振動板が前記基材と反対側へ向けて凸状に変形したときに、前記振動板と前記弁座の頂面との間に隙間が形成されて、前記液体流路が開放されることを特徴とする請求項６に記載の液体移送装置。
10. 前記圧電材料層の前記基材と反対側の面の、前記液体流路の幅方向両端部と対向する領域に、２つの前記第２電極がそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項９に記載の液体移送装置。
11. 前記第１電極と前記第２電極が前記圧電材料層の一方の面に配置されるとともに、前記第３電極が前記圧電材料層の他方の面に配置されていることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の液体移送装置。
12. 前記圧電アクチュエータは、前記圧力室よりも液体移送方向上流側の前記液体流路と、前記圧力室よりも液体移送方向下流側の前記液体流路を、それぞれ開閉する２つの前記開閉部を備えていることを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載の液体移送装置。
13. 請求項１〜１２の何れかに記載の液体移送装置を製造する方法であって、
    前記基材の一表面に、前記圧力室と前記液体流路を形成する流路形成工程と、
    前記基材の一表面に配置される前記圧電アクチュエータを製造する、アクチュエータ製造工程を備え、
    さらに、前記アクチュエータ製造工程は、
    前記基材の一表面に前記圧力室と前記液体流路の両方を覆うように接合される振動板の、接合面と反対側に圧電材料層を形成する圧電材料層形成工程と、
    前記圧電材料層の一方の面の前記圧力室及び前記液体流路と対向する領域に、第１電極及び第２電極をそれぞれ配置するとともに、前記圧電材料層の他方の面に前記第１電極及び前記第２電極と対向する第３電極を配置する、電極配置工程とを有し、
    前記圧電材料層形成工程において、圧電材料の粒子を前記振動板に堆積させることにより、前記圧力室に対向する前記圧力付与部の圧電材料層と、前記液体流路に対向する前記開閉部の圧電材料層を同時に形成することを特徴とする液体移送装置の製造方法。
    

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