JP5223255B2 - 圧電アクチュエータ、液体移送装置、及び、液滴噴射装置 - Google Patents
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本発明の液滴噴射装置によれば、振動板と圧電層の少なくとも一方の、圧力室の長手方向のノズル側端部と対向する部分において振動板及び圧電層が変形しやすくなる。従って、圧力室の長手方向のノズル側端部における振動板及び圧電層の変位が最大変位(圧力室の中央部における変位)に近づく。そのため、ノズルから良好に液滴を噴射することができる。
図7、図8に示すように、圧電層31Aの、圧力室14の長手方向両端部と対向する2つの領域に、それぞれ薄肉部41が形成されていてもよい。この構成では、振動板30の、圧力室14の長手方向両端部とそれぞれ対向する部分の変位がともに大きくなり、前記実施形態のように、圧電層31の、圧力室14の長手方向のノズル20側の端部と対向する部分には、薄肉部41が形成されている場合と比べて、圧力室14の容積の変化量がさらに大きくなる。但し、図7に示すように、圧電層31の上面において局所的に凹んだ凹部40が形成され、この凹部40によって薄肉部41が形成されている場合には、スクリーン印刷等により形成される配線部が凹部40において分断されてしまうことがないように、配線部35Aは、個別電極32から圧力室14の幅方向外側に引き出されるなどして、長手方向端部の薄肉部41(凹部40)を避けて配置されることが好ましい。
前記実施形態では、圧電層に、曲げ剛性を低下させるための薄肉部41(図2〜図4参照)が形成されているが、振動板に薄肉部が形成されていてもよい。
また、図10に示すように、振動板30Cの下面(圧力室14側の面)に設けられた凹部50Cによって、薄肉部51Cが形成されていてもよい。
振動板及び/又は圧電層の曲げ剛性を、圧力室の長手方向端部の位置において部分的に低下させる曲げ剛性低下部は、前述したような圧力室の周縁に沿って連続的に延びる薄肉部41(図3参照)に限られず、離散的に配置された複数の薄肉部であってもよい。例えば、図13においては、圧電層31Eの上面の、圧力室14の長手方向一端部と対向する領域(個別電極32とは対向しない領域)に、局所的に凹んだ複数の円形の凹部40Eが適当な密度で離散的に配置されている。これら複数の凹部40Eによって、圧力室14の中央部と対向する領域よりも厚さが薄くなった複数の薄肉部41E(第1薄肉部)が形成されている。
前述したような凹部の代わりに、図14、図15に示すように、曲げ剛性低下部として、圧電層31Fの圧力室14の長手方向端部と対向する領域に、圧電層31Fを貫通する貫通孔60(第1貫通孔)が形成されていてもよい。さらに、幅方向端部にも貫通孔61(第2貫通孔)が形成されていてもよい。この場合には、以下のようにして、圧電層31の圧力室14の長手方向端部と対向する部分の剛性を、短手方向端部と対向する部分よりもさらに低下させることができる。図14のように、貫通孔60を圧力室14の周縁に沿って連続的に形成し、貫通孔61を離散的に形成することにより、圧力室14の長手方向一端部と対向する領域に対する貫通孔60の占有割合を、圧力室14の短手方向端部と対向する領域に対する貫通孔61の占有割合よりも大きくすることができる。あるいは、圧力室14の長手方向端部と対向する部分に貫通孔60が形成され、圧力室14の幅方向端部と対向する部分に、圧力室14の中央部と対向する部分よりも薄い薄肉部(凹部)が形成されていてもよい。
曲げ剛性低下部として、振動板と圧電層との間の、圧力室の長手方向端部と対向する部分に空洞が形成されていてもよい。例えば、図16〜図18に示すように、振動板30の上面に凹部70が形成されて、この凹部70において振動板30Gと圧電層31Gが密着しないことにより、振動板30Gと圧電層31Gの間に空洞71(第1の空洞)が形成されてもよい。このように、振動板30Gと圧電層31Gの間に空洞71が存在していると、振動板30Gと圧電層31Gからなる積層構造の断面二次モーメントが小さくなるため、曲げ剛性が低下する。さらに、圧力室14の幅方向端部と対向する領域においても、振動板30Gと圧電層31Gとの間に空洞72(第2の空洞)が形成されていてもよい。この場合、圧電層31Gの、圧力室14の長手方向端部と対向する部分の剛性を、幅方向端部と対向する部分の剛性よりもさらに低下させるには、例えば、長手方向端部に位置する空洞71を、幅方向端部に位置する空洞72よりも深くすればよい。
前述した実施形態及びその変更形態においては、圧力室が形成されたキャビティプレート(支持部材)に振動板が接合されているが、図20に示すように、キャビティプレート10の上面に圧電層31Hが接合され、この圧電層31Hの上面に振動板30Hが設けられていてもよい。この場合でも、圧電層31H及び/又は振動板30Hの、圧力室14の長手方向端部と対向する部分に曲げ剛性低下部(図20においては、振動板30Hに形成された薄肉部51H)が設けられているので、振動板30H及び圧電層31Hの、圧力室14の長手方向端部と対向する領域における変位を大きくすることができる。
前述した実施形態及びその変更形態においては、圧電アクチュエータの振動板、又は、圧電層に、圧力室14の長手方向端部と対向する部分の曲げ剛性を低下させる、薄肉部などからなる曲げ剛性低下部が設けられている。それに加えて、あるいはそれに代えて、振動板(又は圧電層)と接合される隔壁の、圧力室を画成する側壁部に、この側壁部の曲げ剛性を低下させる曲げ剛性低下部が設けられている場合でも、ほぼ同様の効果が得られる。
4,4I 流路ユニット
5 圧電アクチュエータ
10 キャビティプレート(支持部材)
14 圧力室(逃し部)
20 ノズル
22 隔壁(接合部)
30,30B,30C,30G,30H 振動板
31、31A,31B,31D,31E,31F,31G,31H 圧電層
32 個別電極
35,35A 配線部
41,41D、41E 薄肉部(第1薄肉部)
42,42E 薄肉部(第2薄肉部)
51,51C,51H 薄肉部(第1薄肉部)
60 貫通孔(第1貫通孔)
61 貫通孔(第2貫通孔)
71 空洞(第1の空洞)
72 空洞(第2の空洞)80 キャビティプレート(支持部材)
82,82J,82K 振動板
83,83K 圧電層
84 隔壁
85 溝
Claims (19)
- 物体に圧力を付加する圧電アクチュエータであって、
振動板と、
この振動板の一方の面に配置された圧電層と、
前記振動板及び前記圧電層を支持する支持部材であって、所定の長手方向に長く、前記振動板及び前記圧電層の変形を逃す逃し部及び、この逃し部を囲んで配置され、前記振動板と前記圧電層の一方に接合される接合部とを有する支持部材と、
前記圧電層の両面の前記逃し部に対向する領域にそれぞれ配置された第1電極及び第2電極とを備え、
前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記逃し部の長手方向一端部と対向する部分に、前記逃し部の前記長手方向と直交する幅方向端部と対向する部分よりも曲げ剛性を低下させる、曲げ剛性低下部が設けられており、
前記曲げ剛性低下部は、前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記逃し部の中央部と対向する部分よりも肉厚が薄い第1薄肉部である圧電アクチュエータ。 - 前記第1薄肉部は、前記圧電層の前記振動板と反対側の面の、前記逃し部の長手方向一端部と対向する領域に形成された局所的に凹んだ凹部であり、
前記第1電極及び前記第2電極のうち、前記圧電層の前記振動板と反対側の面に配置された電極には所定の配線部が接続され、前記配線部は前記第1薄肉部を避けて配置されている請求項1に記載の圧電アクチュエータ。 - 前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記逃し部の前記幅方向端部と対向する部分に、前記逃し部の中央部と対向する部分よりも肉厚が薄い第2薄肉部が形成されている請求項1又は2に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記第1薄肉部は、前記第2薄肉部よりも薄い請求項3に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記逃し部の長手方向一端部と対向する領域に対する前記第1薄肉部の占有割合が、前記逃し部の幅方向端部と対向する領域に対する前記第2薄肉部の占有割合よりも大きい請求項3に記載の圧電アクチュエータ。
- 物体に圧力を付加する圧電アクチュエータであって、
振動板と、
この振動板の一方の面に配置された圧電層と、
前記振動板及び前記圧電層を支持する支持部材であって、所定の長手方向に長く、前記振動板及び前記圧電層の変形を逃す逃し部及び、この逃し部を囲んで配置され、前記振動板と前記圧電層の一方に接合される接合部とを有する支持部材と、
前記圧電層の両面の前記逃し部に対向する領域にそれぞれ配置された第1電極及び第2電極とを備え、
前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記逃し部の長手方向一端部と対向する部分に、前記逃し部の前記長手方向と直交する幅方向端部と対向する部分よりも曲げ剛性を低下させる、曲げ剛性低下部が設けられており、
前記曲げ剛性低下部は、前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記逃し部の長手方向一端部と対向する部分に形成された第1貫通孔であり、
前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記逃し部の幅方向端部と対向する部分に第2貫通孔が形成され、
前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記逃し部の長手方向一端部と対向する領域に対する前記第1貫通孔の占有割合が、前記逃し部の短手方向端部と対向する領域に対する前記第2貫通孔の占有割合よりも大きい圧電アクチュエータ。 - 物体に圧力を付加する圧電アクチュエータであって、
振動板と、
この振動板の一方の面に配置された圧電層と、
前記振動板及び前記圧電層を支持する支持部材であって、所定の長手方向に長く、前記振動板及び前記圧電層の変形を逃す逃し部及び、この逃し部を囲んで配置され、前記振動板と前記圧電層の一方に接合される接合部とを有する支持部材と、
前記圧電層の両面の前記逃し部に対向する領域にそれぞれ配置された第1電極及び第2電極とを備え、
前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記逃し部の長手方向一端部と対向する部分に、前記逃し部の前記長手方向と直交する幅方向端部と対向する部分よりも曲げ剛性を低下させる、曲げ剛性低下部が設けられており、
前記曲げ剛性低下部は、前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記逃し部の長手方向一端部と対向する部分に形成された貫通孔であり、
前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記逃し部の幅方向端部と対向する部分に、前記逃し部の中央部と対向する部分よりも薄い薄肉部が形成されている圧電アクチュエータ。 - 物体に圧力を付加する圧電アクチュエータであって、
振動板と、
この振動板の一方の面に配置された圧電層と、
前記振動板及び前記圧電層を支持する支持部材であって、所定の長手方向に長く、前記振動板及び前記圧電層の変形を逃す逃し部及び、この逃し部を囲んで配置され、前記振動板と前記圧電層の一方に接合される接合部とを有する支持部材と、
前記圧電層の両面の前記逃し部に対向する領域にそれぞれ配置された第1電極及び第2電極とを備え、
前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記逃し部の長手方向一端部と対向する部分に、前記逃し部の前記長手方向と直交する幅方向端部と対向する部分よりも曲げ剛性を低下させる、曲げ剛性低下部が設けられており、
前記曲げ剛性低下部は、前記振動板と前記圧電層との間の、前記逃し部の長手方向一端部と対向する部分に形成された第1の空洞である圧電アクチュエータ。 - 前記振動板と前記圧電層との間の、前記逃し部の幅方向端部と対向する部分に第2の空洞が形成され、
前記第1の空洞の深さは、前記第2の空洞の深さよりも大きい請求項8に記載の圧電アクチュエータ。 - 前記第1の空洞内に、前記振動板及び前記圧電層の弾性係数よりも小さな弾性係数を有する充填材が充填されている請求項8又は9に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記曲げ剛性低下部は、前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記逃がし部の長手方向一端部と対向する部分のみに形成されている請求項1〜10の何れか一項に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記曲げ剛性低下部は、第1の曲げ剛性低下部と第2の曲げ剛性低下部を含み、
第1、第2の曲げ剛性低下部が、前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記逃し部の長手方向両端部と対向する部分に、それぞれ設けられている請求項1〜10の何れか一項に記載の圧電アクチュエータ。 - 物体に圧力を付加する圧電アクチュエータであって、
振動板と、
この振動板の一方の面に配置された圧電層と、
所定の長手方向に長く、前記振動板及び前記圧電層の変形を逃す逃し部及び、この逃し部を囲んで配置され、前記振動板と前記圧電層の一方に接合される接合部であって、前記逃し部の長手方向一端部に接する壁部を有する接合部を含む支持部材と、
前記圧電層の両面の前記逃し部に対向する領域にそれぞれ配置された第1電極及び第2電極とを備え、
前記接合部の前記壁部に、この壁部の曲げ剛性を低下させる曲げ剛性低下部が形成されており、
前記曲げ剛性低下部は、前記壁部の、前記逃がし部の長手方向一端部と対向する部分のみに形成されている圧電アクチュエータ。 - 液体を移送する液体移送装置であって、
所定の長手方向に長い圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、
前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータであって、前記圧力室を覆う振動板、前記振動板の一方の面に配置された圧電層及び、前記圧電層の両面の前記圧力室に対向する領域にそれぞれ配置された第1電極及び第2電極を含む圧電アクチュエータとを備え、
前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記圧力室の長手方向一端部と対向する部分に、前記圧力室の前記長手方向と直交する幅方向端部と対向する部分よりも曲げ剛性を低下させる、曲げ剛性低下部が設けられており、
前記曲げ剛性低下部は、前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記圧力室の中央部と対向する部分よりも肉厚が薄い薄肉部である液体移送装置。 - 前記曲げ剛性低下部は、前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記圧力室の長手方向一端部と対向する部分のみに形成されている請求項14に記載の液体移送装置。
- 液体の滴を噴射する液滴噴射装置であって、
ノズル及び、所定の方向に長く、このノズルに連通する圧力室とを含む液体流路が形成された流路ユニットと、
前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータであって、前記圧力室を覆う振動板、前記振動板の一方の面に形成された圧電層、及び前記圧電層の両面の前記圧力室に対向する領域にそれぞれ配置された第1電極及び第2電極を有する圧電アクチュエータとを備え、
前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記圧力室の長手方向一端部と対向する部分に、前記圧力室の前記長手方向と直交する幅方向端部と対向する部分よりも曲げ剛性を低下させる、曲げ剛性低下部が形成されており、
前記曲げ剛性低下部は、前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記圧力室の中央部と対向する部分よりも肉厚が薄い薄肉部である液滴噴射装置。 - 前記圧力室の長手方向一端部が前記ノズルに連通している請求項16に記載の液滴噴射装置。
- 前記曲げ剛性低下部が、前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記圧力室の長手方向の前記ノズル側端部にのみ形成されている請求項16又は17に記載の液滴噴射装置。
- 液体の滴を噴射する液滴噴射装置であって、
ノズル及び、所定の方向に長く、このノズルに連通する圧力室とを含む液体流路が形成された流路ユニットと、
前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータであって、前記圧力室を覆う振動板、前記振動板の一方の面に形成された圧電層、及び前記圧電層の両面の前記圧力室に対向する領域にそれぞれ配置された第1電極及び第2電極を有する圧電アクチュエータとを備え、
前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記圧力室の長手方向一端部と対向する部分に、前記圧力室の前記長手方向と直交する幅方向端部と対向する部分よりも曲げ剛性を低下させる、曲げ剛性低下部が形成されており、
前記曲げ剛性低下部が、前記振動板と前記圧電層の少なくとも一方の、前記圧力室の長手方向の前記ノズル側端部にのみ形成されている液滴噴射装置。
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