JPH0939244A - 圧電ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電体の分極ｄ₃₃方向の変形と、これと直交
するｄ₃₁方向の変形の両者を、流体圧力の上昇下降に活
用して一層の効率化を図り、且つ全体構成を簡素で、製
造容易な構成の圧電ポンプを得る。 【解決手段】 圧電体２の分極方向の一端を固定部４に
固定し、柔軟体による壁６を圧電体２の他端に接触する
ように設け、圧電体２、固定部４および柔軟体の壁６を
含む圧力室空間５を形成するようにした圧電ポンプが提
供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電体の変形を利用
する流体ポンプ（以下、圧電ポンプという）およびその
製造方法に関する。この種の圧電ポンプは、微小量の流
体を精度良く搬送し、あるいは微小量の液体の吐出制御
を正確に行ない得るものとして有用である。ところが、
圧電ポンプの典型的な応用例であるインクジェット式プ
リンタでは、従来、圧電ポンプを採用したものより、発
熱蒸気によるバブル噴射式の方が経済的で小型化可能な
方式と評価されていた。しかし、圧電ポンプは、蒸気圧
による熱機関を利用したものに比べてエネルギ効率に優
れており、圧電ポンプについて小型化しにくいという従
来の難点を克服することが望まれていた。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子は、その変形量が極めて微小で
あるので多くの場合変形拡大機構を併用することで実用
に耐えるものとなってきた。典型的な変位拡大機構であ
るバイモルフや、その他の機構における拡大部分では、
剛性が不足し、周波数特性が低下して応答速度が低下す
るという問題は免れない。これが圧電素子を利用したポ
ンプの競争力を低下させる要因であったと言える。拡大
機構部分を高剛性とするには振動モードとしては縦振動
方向が望ましい。

【０００３】圧電体の変形は分極方向をｄ₃₃と称し、そ
の分極方向に垂直な方向はｄ₃₁と呼ばれる。電圧Ｅを分
極方向に加え、その方向の厚みをｔとすると電界はＥ／
ｔであり、それによる厚み方向（即ち分極方向）の変形
は無負荷の場合、 （Ｅ／ｔ）×ｄ₃₃×ｔ＝Ｅｄ₃₃ となって厚みｔによらない。これに対し、ｄ₃₁方向では
厚みに垂直な方向の長さをＬとするとその方向の変形は （Ｅ／ｔ）×ｄ₃₁×Ｌ となってＬ／ｔの選定次第で大きな変形が可能となる。

【０００４】分極方向の変形ｄ₃₃は通常変形ｄ₃₁の２倍
強の値をもち、ピエゾ素子の場合は600×10^-12 m/v 程
度の値をもつが、駆動回路の半導体の制約から高々数十
Ｖが許容されるのみであることから、変位は0.0Xμm 程
度であり設計は困難なものとされ、バイモルフによる拡
大機構を採用するか、或いはｄ₃₁方向ではＬ／ｔを大き
くする設計が採られていたが、前記のように応答の遅れ
が避けるまでには到らなかった。

【０００５】トランスを介した駆動法によって高い電圧
が得られる場合は、状況は異なり、拡大機構を介するこ
となく所要の変位をとることができる。拡大機構を介す
ることなく流体に圧力を加える機構としては、圧電体を
そのまま流体に浸積して体積変化を流体に接着伝達する
のが最も簡単である。公知例として、米国特許第４，７
５２，７８８号がある。しかし、圧電体の変形はｄ₃₃が
伸びるときｄ₃₁方向は縮むので総体としての体積変化は
少ない。特開平４−３４１８３５号公報等は、積層圧電
体でも低電圧で大きな変形をなさしめないと実用的な収
縮量を得難いとの認識を元にしている。

【０００６】圧力室の外部から圧電体の押しつけ力で圧
力を上昇下降せしめる構成も特開平５−１６９６５７号
公報等で公知であるが、より大きな変位を得るため、ｄ
₃₁方向の変位を用いてＬ／ｔを大きくした設計で実用化
がなされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、圧電体の分極ｄ₃₃方向の変形と、これと直交する
ｄ₃₁方向の変形の両者を、流体圧力の上昇下降に活用し
て一層の効率化を図った圧電ポンプを提供することであ
る。また、本発明の他の目的は、圧電体を予め圧縮して
その動作範囲では圧電体に引っ張り応力が余りかからな
いようにした圧電ポンプを提供することである。

【０００８】本発明の更に他の目的は、全体構成を簡素
なものとし、製造容易な構成とした圧電ポンプを提供す
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１によると、圧電
体の分極方向の一端を固定部に固定し、柔軟体による壁
を圧電体の他端に接触するように設け、前記圧電体、固
定部および柔軟体の壁を含む圧力室空間を形成するよう
にしたことを特徴とする圧電ポンプが提供される（図
１）。

【００１０】請求項２によると、圧電体を固定した固定
部の圧力室外側に一方の電極を設け、柔軟体と接する側
に他方の電極を設けたことを特徴とする請求項１に記載
の圧電ポンプが提供される（図１）。請求項３による
と、柔軟体は導電材料を構成体の一部とし、前記他方の
電極を構成することを特徴とする請求項２に記載の圧電
ポンプ（図１）。

【００１１】請求項４によると、柔軟体は圧力室への流
体の導入口又は吐出口を有することを特徴とする請求項
１に記載の圧電ポンプが提供される（図３）。請求項５
によると、柔軟体は金属膜で構成され、塑性加工或いは
電気めっき法によって製作されることを特徴とする請求
項３又は４に記載の圧電ポンプが提供される。

【００１２】請求項６によると、柔軟体は吐出口にテー
パ部を有することを特徴とする請求項４に記載の圧電ポ
ンプが提供される（図３）。請求項７によると、柔軟体
は固定部と圧電体接触部との間に膜厚の薄い部分或いは
波型の部分を有することによって弾性を持たしめた構成
としたことを特徴とする請求項１に記載の圧電ポンプが
提供される（図３）。

【００１３】請求項８によると、複数のユニットが並列
して形成され、各ユニットにおいて、圧電体は圧力室お
よび隣接するユニットとの間の隔壁を一体的に含む形状
を構成してなることを特徴とする請求項１に記載の圧電
ポンプが提供される（図４）。上記した請求項１〜８に
記載の圧電ポンプによると、圧電体の分極方向の変位お
よびこれと直行する方向の変位が圧力室の収縮又は膨張
に対し同じ方向に作用するので、圧電体に作用する電圧
に対し圧力室の収縮又は膨張をより大きくすることがで
きる。

【００１４】請求項９によると、圧電体の分極方向或い
はそれと直交する方向の一端を固定部に固定したものを
一対並べ、各圧電体の自由端側を連結部にて連結し、一
対の圧電体の間で且つ固定部と連結部との間で圧力室と
なる閉塞空間を構成したことを特徴とする圧電ポンプが
提供される（図７、８、９）。請求項１０によると、圧
電ポンプの圧力室は一体の圧電体ブロックからスリット
加工或いは押し出し成形による溝によって形成されるこ
とを特徴とする請求項９に記載の圧電ポンプが提供され
る（図７、８、３１）。

【００１５】請求項１１によると、各ユニット毎に一対
の圧電体壁の間に形成された圧力室が並列に複数並び、
隣接するユニットの圧電体壁との間に隙間があることを
特徴とする請求項９に記載の圧電ポンプが提供される
（図７、８、９）。請求項１２によると、圧力室を構成
する一対の圧電体の壁の内側に一方の電極、外側に他方
の電極が形成され、該他方の電極は少なくとも前記隙間
にめっき乃至は導体薄膜生成により形成され、隣接する
ユニットの圧電体壁の外側電極から絶縁するために、前
記隙間に中間溝乃至は溝底部の導体膜を除去されること
を特徴とする請求項１１に記載の圧電ポンプが提供され
る（図９）。

【００１６】請求項１３によると、圧電体ブロックの端
面に前記中間溝と直交する方向に切込みを設け、前記め
っきは、少なくとも前記隙間および圧電体ブロックの該
端面に施されており、該端面を研磨してめっきを除去す
ることによって、隣接するユニットの圧電体壁の外側電
極から互いに絶縁され、且つ圧力室を形成する一対の圧
電体壁の外側電極が互いに導通するための、導電性膜が
前記切込み内のめっきにより形成されることを特徴とす
る請求項１２に記載の圧電ポンプが提供される（図
９）。

【００１７】請求項１４によると、圧電ポンプの隣接ユ
ニット間の隙間もスリット加工或いは押し出し成形によ
って形成されることを特徴とする請求項１１に記載の圧
電ポンプが提供される（図７、８、３１）。請求項１５
によると、圧電ポンプの隣接ユニット間の隙間を柔軟材
で充填することを特徴とする請求項１４に記載の圧電ポ
ンプが提供される（図９）。

【００１８】請求項１６によると、圧力室を構成する一
対の圧電体壁の少なくとも一方にて、該圧電体壁の圧力
室側電極と隣接ユニットとの隙間側の電極に電圧を加
え、いずれかの側の電極は隣接ユニットの対応する電極
と電気的に接続してなることを特徴とする請求項１１に
記載の圧電ポンプが提供される（図９、１９）。請求項
１７によると、圧電ポンプ群をスリット或いは異形押し
出しによって製造し、両端を塞ぐ部材を接合して閉塞空
間の圧力室を構成したことを特徴とする請求項１１に記
載の圧電ポンプが提供される（図１１）。

【００１９】請求項１８によると、圧電体ブロックにス
リット加工或いは異形押し出しによって細い隙間を構成
し、各隙間の壁を構成する各圧電体の自由端側を、流体
吐出口又は供給口を有する板部材で覆うようにしたこと
を特徴とする請求項９に記載の圧電ポンプが提供される
（図１１）。請求項９〜１８に記載の圧電ポンプによる
と、一対の圧電体の分極方向の変位およびこれと直行す
る方向の変位が、これらの間に形成される圧力室の収縮
又は膨張に対し同じ方向に作用するので、圧力室の収縮
又は膨張をより有効に活用することができる。

【００２０】請求項１９によると、圧電体の分極方向或
いはそれと直行する方向の一端を固定部に固定したもの
を複数並列して並べ、少なくとも隣接する圧電体の自由
端側を連結部にて連結し、隣接する圧電体の壁の間で且
つ固定部と連結部との間で圧力室となる閉塞空間が構成
され、各ユニットは圧力室は一つの圧電体の壁で隣接す
るユニットの圧力室と隔てられ、圧力室の両側の圧電体
壁の厚みを同時に変形させ、隣接する圧力室は同時には
噴射、吸入を行わないことを特徴とする圧電ポンプが提
供される（図１３、１４）。

【００２１】上記の請求項１９によると、圧力室を形成
する圧電体の壁部が同時に隣接するユニットの圧力室の
壁をも形成しているので、圧電体壁の数が少なくなり、
コンパクトな圧電ポンプの構成が可能となる。請求項２
０によると、当該圧力室を駆動する際、隣接する圧力室
の他方側の圧電体壁の変形を逆動作とするように駆動し
て、隣接する圧力室の容積変化を相殺するように構成し
たことを特徴とする請求項１９に記載の圧電ポンプが提
供される（図１４）。

【００２２】請求項２１によると、並列して形成された
複数の溝を、該溝の中間位置で壁でもって仕切り、各ユ
ニットの圧力室を、該仕切られた溝領域の、溝方向およ
び並列方向に１個おきに形成し、圧力室の隣の溝領域は
圧力を開放させる空間とすることを特徴とする請求項１
９に記載の圧電ポンプが提供される（図１６）。請求項
２２によると、隣接する両側のユニットに逆方向の変形
を同時に起こさせる駆動を行って、３ユニットないしそ
れ以上の奇数ユニットを単位として、駆動を順次シフト
していく駆動手段を有することを特徴とすることを特徴
とする請求項１９に記載の圧電ポンプが提供される（図
１４）。

【００２３】請求項２３によると、圧力室又はユニット
間の隙間を形成するスリットの深さを、電極群毎に異な
るものとし、群内の相互の電極の接続を、スリットの端
部の開口部において、スリットとほぼ直交方向の溝とス
リットを交差せめる部分で行うことを特徴とする請求項
１１に記載の圧電ポンプが提供される（図１９）。請求
項２４によると、該スリット内の電極を導電塗料を塗布
して形成する場合において、材料として金属粉ないしは
カーボンを懸濁させて導電塗料としたものを用い、且つ
外部引き出し線を該導電塗料中に埋め込んたことを特徴
とする請求項２３に記載の圧電ポンプが提供される（図
１９）。

【００２４】請求項２５によると、該スリット内の導電
塗料の液体接触面に有機材料の塗布或いは浸積により保
護膜を生成したことを特徴とする請求項２４に記載の圧
電ポンプが提供される。請求項２６によると、該圧電体
はＬ型或いはＵ型に成形したものを互いに或いは剛体に
接触することで囲まれた圧力室が形成されることを特徴
とする請求項１９に記載の圧電ポンプが提供される（図
２０）。

【００２５】請求項２７によると、圧電体の両側に設け
た電極の分布抵抗値と分布静電容量の積を圧力波で伝播
速度と同程度に設定したことを特徴とする請求項１９に
記載の圧電ポンプが提供される（図１７）。請求項２８
によると、圧電体の両側に電極を設け、圧電体の抵抗と
静電容量の積を補う付加静電容量を電極と平行に形成し
たことを特徴とする請求項１９に記載の圧電ポンプが提
供される（図１８）。

【００２６】請求項２９によると、隣接する圧電体の自
由端側に高誘電率の薄膜を接合して圧力室の壁面とした
ことを特徴とする請求項１９に記載の圧電ポンプが提供
される（図１８）。請求項３０によると、圧電体の一方
の面の電極の上を後に除去可能な材料で覆い、その上に
金属系材料の層を形成し、溝加工で少なくも圧電体の一
部まで切り込み、加工面を含む表面に膜を形成して、除
去可能な材料を除去することによって電極上に圧力室空
間を形成することを特徴とする圧電ポンプの製造方法が
提供される（図３２〜３４）。

【００２７】上記の請求項３０によると、簡単な方法で
且つ安価に微細な圧力室空間および圧電体の電極を形成
することができる。また、請求項３１によると、圧力室
の一方の側にノズル孔を設け、他方の側より流路を介し
て共通インク室に連通させ、前記圧力室の少なくとも１
つの壁部を圧電体により形成し、該圧電体の圧電変位を
利用して圧力室内のインクをノズル孔より噴射させるよ
うに構成した圧電ポンプにおいて、前記流路を圧力室に
対して所定の角度で且つ所定の長さに構成したことを特
徴とする圧電ポンプが提供される（図３７〜図４３）。
前記流路は圧力室に対して略直角であってもよく（請求
項３２）、また前記流路を圧力室に対して鋭角としても
よい（請求項３３）。

【００２８】請求項３１によると、流体であるインクは
微小量といえども質量を有するので、噴射速度となるま
でインクを加速するのに所定の時間を必要とするが、圧
力室の後方側は流路が所定角度で曲げられているので、
圧力室の圧力を噴射に必要なインク圧力と維持でき、圧
力室の後方側では、圧力波の伝搬を大幅に緩和して圧力
損失を少なくし、共通圧力室に対しては圧力室の圧力の
影響を少なくずことができる。

【００２９】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて詳細に説明する。図１は、本発明の第一の原理構
成を示した断面図である。圧電体ブロック１は、中央に
垂直な圧電体２の部分と、両側の壁部３及び底部４とを
残し、圧電体２と両壁部３との間に溝５を形成する。圧
電体ブロック１の上部に金属製の弾性薄膜６を、圧電体
ブロック１の両壁部４の上端に固定・接合するように、
且つ圧電体２の上端に接触するように、形成する。圧電
体ブロック１の底部４の圧電体２の下側に電極７を形成
し、ブロック１ごと基板８上に固定する。

【００３０】金属薄膜６は一方の電極を兼ねる。圧電体
ブロック１の両壁部３及び底部４は剛体の部分と考える
ことができる。したがって、中央の圧電体２の部分は、
その上下に電極６、７があって、厚みｔ、高さａの圧電
体２を構成し、分極方向は垂直方向となる。また、圧電
体２の両側の溝５の部分、即ち、圧電体ブロック１の圧
電体２自体、両壁部３、底部４及び電極を兼ねる金属薄
膜６によって囲まれる閉鎖空間部は圧力室となる。

【００３１】電極６、７間に電圧Ｖを印加すると、圧電
体２は垂直方向（即ち、分極方向）にＶｄ₃₃だけ変形す
る。圧電体２は電界によって膨張し、金属薄膜６を上方
へ脹らませ、同時に水平方向ではＶｄ₃₁ｔ／ａだけ収縮
する。これによって圧力室５の内部空間の容積は拡大す
る。電圧を除去すれば金属薄膜６の弾性、圧電体２自体
の弾性により、これらが復旧しようとして圧力室５の容
積を収縮させ、内部の圧力を高める。このように圧電体
２の垂直方向の変形と、水平方向の変形とが協動して圧
力室５に同じ方向（即ち、膨張又は収縮の方向）の変位
をもたらすことが本発明における特質である。

【００３２】従来の圧電ポンプの構成では、圧力室を外
部から押圧するので、圧電体の変形のどちらか一方の変
形のみが活用されるに過ぎなかった。しかしながら、本
発明では、図１に示すように、厚みの薄い圧電体２は座
屈しやすく、これは周波数応答を極めて悪くするもので
あるが、上記の圧電体２の復旧動作では圧力室５に対す
る圧縮応力が圧電体２の収縮方向の変位によるものであ
って座屈の懸念なく設計ができる。

【００３３】本発明の典型的な応用例はインクジェット
プリンタであるが、この種プリンタにおいて高精細画像
が要求されるのに伴って、インク粒の大きさは小さく、
より一層の粒子径精度が要求されるようになってきた。
この場合、ノズル（図１には図示せず）の隣接ピッチを
狭めることが要求され、従来の圧電ポンプではノズルの
ピッチを狭めて尚且つ圧電体の変位を噴射量に見合うだ
けの量とするために、ｄ₃₁方向の変形を利用しＬ／ｔも
大きくして、薄い板の圧縮方向の変位を用いる設計がな
され、座屈の懸念があるほどの薄板構造が採られた。し
たがって、一般に、圧電体は圧力室を外部から押圧する
構造のものとなっている。

【００３４】しかしながら、図１に示す実施例では、圧
力室５の内部に圧電体２を配置したので、圧電体２の形
状に対する制約は少ないものとなる。また、金属薄膜６
を共通電極とし、下部の電極７を個別電極として分離す
ると、個別電極７は固体であるブロック底部４と基板８
間に埋め込まれた構造となり、絶縁が容易で隣接ピッチ
を狭めても不安がない。

【００３５】この圧力室５の内部をより剛性の高い物質
に置き換えておくことは、高圧を得るためには必要なこ
とである。図１の実施例では、圧電体２の高さの減少
は、圧電体２自体の縦方向の歪みと同じであって、歪み
率は高々10^-4のオーダである。液体例えば水の体積弾性
率は 0.45 ×10^-9 ｍ² ／Ｎであって、圧力は数気圧を
期待するのみである。これに対し、剛性が水よりは桁違
いに高い液体物質を圧力室５に充填すると、同じ収縮量
を少ない液量で受けるため、圧力室５は高圧となる。こ
ゝに米国特許第４、７５２、７８８号に開示されている
技術との根本的な違いがある。

【００３６】多くの場合、圧電ポンプのユニット（図１
に示す圧電ポンプの１つの単位）は隣接するユニット
（図示せず）と並列して多数配置されるが、隣接ユニッ
トとの間の隔壁となる両側の壁部３は、隣接するユニッ
トの圧力室との間での圧力干渉を防ぐために、剛性を高
める必要がある。このため、圧電体ブロック１の壁部３
及び底部４を圧電体２に部分に比べ十分な厚さを有する
ように形成する。或いは、金属のように剛性が高く加工
性のよい材料を壁部３として使用しても良い。この場合
は、圧電体の部分と金属の壁部とを密着して接合する。
なお、接合による完全な密着は工程上厄介なこともある
が、密着部は、液圧の伝達を妨げることを目的とするだ
けであるので、緩慢な液体の浸透であるならば差し支え
ない場合には、双方の接合面を高精度に仕上げて、押し
つけるのみでもよい。

【００３７】米国特許第４、７５２、７８８号に示され
たような公知の構成では、圧力室の内部に圧電体を設置
し、圧電体の体積膨張で噴射圧力を得ようとしている。
この場合、圧電体がｄ₃₃方向が膨張すると、ｄ₃₁方向は
収縮し、互いに相殺してそれらの変位の差分のみが体積
膨張にとって有効であるのに対し、本発明の特質は、ｄ
₃₃方向及びｄ₃₁方向の両方が相加的に圧力室の容積膨張
又は収縮に働くことにある。なお、後述するように、本
実施例では、金属薄膜６という加工容易な材料に流入、
吐出の流路（図示せず）を形成させる。

【００３８】図２の実施例は、上部電極である金属薄膜
６を圧電体２に押しつけて、圧電体２の駆動部を予め圧
縮させておく構成である。この実施例の場合、予圧Ｐが
加わっているので、圧電体２は圧縮応力が増減するのみ
で引っ張り応力が加わらないので圧電体２の弱点である
引っ張りによる破損の心配がない。また、図２の実施例
においては、圧電体２の垂直方向の長さａを確保しつ
つ、圧力室５の容積を図１の実施例に比し狭くするよう
にしている。このため、圧電体２の下部両側に小溝５ａ
を形成している。このため、実施例１の場合と同じ厚み
ｔ及び高さａを有する圧電体２の収縮に対し、圧力室５
内部の液の容積が減少し、収縮比率が増すので圧力室５
をより高圧とすることができる。他の構造は図１の実施
例と同様である。

【００３９】図３（ａ）は図１の断面図で示したような
圧電ポンプの実施例を斜視図で示したものである。圧力
室５は破線で示すように略Ｕ字形に形成され、その上に
金属薄膜６が形成される。金属薄膜６のＵ字形圧力室５
の中央位置に吐出ノズル９を形成している。図３（ｂ）
のｎ−ｎ断面は、電着加工により金属薄膜６を形成した
場合であり、予かじめレジストパターン（図示せず）で
覆われた部分がめっきが乗らずレジスト厚みを越えると
レジスト上面までめっきが張出して図３のような形状と
なることを示す。吐出ノズル９を形成する部分は、この
ような電着加工によって形成する場合の他、塑性加工に
よってテーパ穴を成形することも可能である。

【００４０】金属薄膜６の、壁部３上端に固定される部
分と圧電体２の上端に接する部分との中間を柔軟な膜と
する為には、図３（ｃ）のＡ断面のように、電着の張出
が左右つながって閉じた薄膜となるように形成するか、
或いは図３（ｄ）に示すように、蛇腹型となるように同
様な方法で加工する。或いは、塑性加工により肉薄とし
たり蛇腹型とすることでも同様の形状を得ることができ
る。これにより、金属薄膜６は圧電体２の上下方向の膨
張・収縮を許容する。

【００４１】圧電体ブロック１は、焼成前に予め図３
（ａ）に示すような溝５の形状を作っておくことも可能
であるが、圧電体ブロック１の全面を平面の状態で焼成
し、後から研削加工で溝加工する方がより精度よく加工
することができる。この場合は溝の両端の開口部を塞ぐ
ことが必要となるが、金属薄膜６を折り曲げて溝の端部
を塞いでもよく、また別の部品で塞いでもよい。

【００４２】図４（ａ）は他の実施例を示す斜視図であ
る。圧電体ブロック１は中央に圧電体２が形成され、両
側には高さの低い壁部ないし脚部３が形成され、その間
に圧力室と成る溝５ｂが形成される。圧電体２の部分に
下部には電極７が設けられ、基板８上に設置される。上
部電極を兼ねる金属製の成形体１０は、ノズル９を有す
る上面部１１と、波形の壁部１２とが一体化されたもの
であり、波形壁部１２の下端面が圧電体ブロック１の脚
部３の上端面に接着剤で接合され、圧電体ブロック１の
溝５ｂ、波形壁部１２、金属成形体１０の上面部１１、
及び圧電体２の間に圧力室５が形成される。この圧力室
はノズル９と連通しており、圧電体２の変位により高圧
となった流体がノズル９から吐出される構成である。図
４（ｂ）は金属成形体１０の水平断面図であり、図４
（ｃ）は圧電体２と波形壁部１２との関係を示す水平断
面図であり、図示のように、隣接する波形隔壁１２で囲
まれた圧力室５の中間に圧電体２が立設されている。

【００４３】本実施例は、隣接するユニットとの間の隔
壁１２を波形薄膜で構成することにより、隔壁１２の剛
性を高めることができる。また、本実施例のように、波
形壁部１２を有する成形体１０を金属で成形する場合
は、塑性加工、或いは電着（めっき）法により薄く、且
つアスペクト比の高い隔壁とすることができる。図５
（ａ）は図４（ａ）に示した金属成形体１０を圧電体２
の側から見た斜視図であり、図５（ｂ）及び（ｃ）は同
金属成形体１０のＸ断面及びＹ断面を示す。また図６は
図５（ａ）のＸ断面図で、金属成形体１０と圧電体２及
び波形隔壁１２との関係を示す。これらの図に示す実施
例では、波形の隔壁１３を圧電体ブロックの側に設け
た。即ち、図１に相当する、両壁部３を波形の成形して
いる。金属成形体１０は異形成形体として塑性加工、め
っき等により成形され、中央部に圧電体２に嵌合する長
方形の溝１４があり、その両側には波形隔壁１３に嵌合
する波形の溝１５が設けられる。これらの溝１４、１５
の周囲の部分１６は板厚を薄くしてあり、圧電体２が図
６の矢印方向の変位により、薄肉の部分１６が柔軟体と
して破線で示すように弾性変形可能となるうよにしてい
る。

【００４４】各圧力室５はインク導入口１７を介してに
共通のインク室１８に連通されており、このインク室１
８は複数の圧力室５の圧力変動を吸収する意味で底の壁
を薄く弾性あるものとして急峻な圧力変動を和らげるよ
うにしている。電極間に電圧が印加された際の圧電体２
の変位により圧力室５が膨張するとき、共通のインク室
１８からインク導入口１７を介して各ユニットの圧力室
５にインクが供給され、電圧が除去されて圧電体２が逆
に変位して圧力室５が収縮するとき、インク室１８のイ
ンクがノズル９を介して噴射されることは言うまでもな
い。

【００４５】図７（ａ）及び（ｂ）及び図８は本発明の
圧電ポンプの第二の原理構成を示すもので、圧電体２の
ｄ₃₁方向又はｄ₃₃方向の一端を固定すると共に、これら
の圧電体２を１つのユニットについて１対並べ、自由端
側を連結する部分でもって閉鎖空間の圧力室５を形成す
る。図７（ａ）の実施例は、圧電体ブロック１の固定部
分である底部４上に、１ユニットについて１対の圧電体
２を平行に立設する。これらの圧電体２の上端は上部電
極を兼ねた金属板６で覆い、これらの間に閉鎖空間であ
る圧力室５を形成する。隣接するユニットの圧電体２と
の間には変位を吸収するための隙間２１を設ける。圧電
体ブロック１の底部４の下側には基板を置かず、底部４
の溝内部に下部電極７を形成する。また、本実施例で
は、圧電体２の断面形状はテーパ状としているが、加工
の際の研削刃先（図示せず）の制約を減じてより微細な
形状の加工を可能にしている。

【００４６】図７（ａ）に示す実施例の圧電ポンプは、
次のようにして製作される。まず、圧電体のブロックか
ら、圧力室５となる溝（即ち、第１グループの溝）を加
工する。この状態で、上下の電極６、７を形成する。即
ち、底部４の下側溝内部に下部電極７を形成し、対の圧
電体２の上端に金属板６を張り合わせる。次いで、各ユ
ニット間の溝（即ち、第２グループの溝）２１を加工す
る。

【００４７】上下電極６、７間に電圧を加えると、圧電
体２は縦方向に伸びると同時に、壁の厚み方向は薄くな
るように変形する。電圧を除去すると、圧電体２は縦方
向に収縮すると共に厚み方向はもとの厚さに復帰する。
図７（ｂ）の実施例は、圧電体ブロック１の溝研削加工
により、底部４上に１対の圧電体２を平行に立設するよ
うに研削すると共に、これらの圧電体２の間に変形しな
い剛性部分２２を残するようにしたものである。これに
より、１対の圧電体２と剛性部分２２との間に形成され
る圧力室５は、剛性の高い物体で液を置き換えたことと
なり、圧力室５をより高圧にすることができる。また、
圧力室５内を絶縁物２３で埋めるのは、導電性のある液
を用いる場合に、その液が圧電体２に接することで電界
の短絡が生ずるのを防止するためである。

【００４８】図８に示す実施例では、圧電体ブロック１
に櫛歯加工を施して、底部４上に１ユニットについて１
対の側壁である圧電体２（厚みｔ、高さａ）を平行に立
設すると共に、１対の圧電体２の内側（底面も含む）及
び外側（隣接するユニットの側壁２を含む）に電極をめ
っき、蒸着等によって形成し、圧電体２の上面を研削し
て電極の一部を除去して内外面電極６、７間を絶縁す
る。１対の圧電体２の上に金属板２４を接合して閉鎖空
間である幅ｗの圧力室５を形成する。圧電体２は厚さ方
向が分極方向となるため、電極６、７間に電圧を加える
と厚みｔが膨張し、高さａが減少する。したがって圧力
室５の容積が減少する（電極６、７を逆極性とすれば膨
張する）。

【００４９】また、図８に示す実施例に係る圧電ポンプ
は、次のようにして製作することもできる。第一工程で
は、圧力室５となる溝を櫛歯状に形成して、めっき等に
より圧力室５の内面に電極６を形成し、上部のめっきを
除去するか、或いはめっき前にレジストで覆っておき、
めっきを付着させないようにしておく。第二工程では、
上部の板２４を絶縁性のある接着剤で接合する。第三工
程では、隣接ユニット間の細い溝２１を形成する。次い
でめっき等で溝２１に電極７を付ける。その後圧電体２
のもう一方の電極、即ち電極６を複数のユニットについ
て相互に接合し、共通電極（図示せず）とする。

【００５０】一方、隣接ユニット間の溝２１は狭い幅と
しておくことにより、溝２１の底付近にはめっきを着さ
せないようにし、隣接ユニットの電極７は自ずと隔離さ
れ、独立駆動できるようにする。或いは、溝２１の底を
レジストで覆うことによっても同様に電極の隔離を行う
ことができる。このように、電極７は各ユニットごとに
独立して駆動できる個別電極とすることができる。

【００５１】図７（ａ）及び（ｂ）、並びに図８のいず
れの実施例においても、圧電体２の自由端側が縦方向に
移動可能であり、縦方向の収縮（又は膨張）と共に圧電
体２の壁は厚み方向に膨張（収縮）し、圧力室５の容積
変化に対しては同じ方向に変形し、圧力室５を収縮又は
膨張させ、圧力室５内の流体圧力に作用する。図８の実
施例において、圧力室５側の電極６を個別駆動回路に接
続し、隣接ユニット間の側の電極７を共通電極に接続し
た場合、インクは通常、導電性があり、個別電極間に異
なる駆動電圧が加わると個別電極間でショートするか
ら、電極上面を絶縁しておく必要がある。

【００５２】これを避ける実施例の構成を図９（ａ）及
び（ｂ）に示す。この実施例では、圧電体ブロック１に
圧力室５となる溝及び隣接ユニット間の溝２１を設ける
と共に、隣接ユニット間の溝２１に更に狭い溝２６を縦
方向に深く切り込む。また、圧電体ブロック１の前面に
おいて、溝２６を横切る方向に各ユニットにわたる溝２
７を設けておく。この状態でめっきを施すと、狭い深溝
２６の奥にはめっきが付かないので、隣接ユニット間の
電極７は相互に絶縁が保たれる。

【００５３】即ち、圧電体ブロックの表面（図のＡ面及
びＢ面）を研摩して、めっき部分を除去すると、横方向
の溝２７に付着されためっき部分２８により各ユニット
における圧力室５の外側の電極７を相互に連結すると共
に、隣接するユニットの外側電極からは前述の深溝２６
によって絶縁される。そこで、図９（ｂ）に示すよう
に、圧力室５の内面に形成された電極６を共通電極とし
て接続し、圧力室５の外側の電極７を横溝２７の導通部
２８によって個別電極の駆動回路に接続する。なお、圧
力室５内部のめっき、即ち電極６は後ろ側で接続しても
よく、インクの導電性を利用して接続してもよい。

【００５４】図１０は圧電体ブロック１に圧力室となる
溝５及び隣接ユニット間の溝２１を櫛歯状に連続して成
形する場合において、圧電体２の根元部分に曲率をもた
せ圧電体２が変形する際に応力の集中を低減する形状と
したものである。図１１（ａ）及び（ｂ）は、図９
（ａ）に示したような圧電体ブロック１に溝加工が施さ
れ且つ電極めっきが形成されたもの上部に板３０を前後
にブロック３１、３２を接合して圧力室５の空間を形成
する状況を示す。（ａ）では、前部ブロック３１に各圧
力室５に対応して細いスリット９を設け、これらをノズ
ルとして流体を前方に噴射させるようにする。（ｂ）で
は、上部板３０に各圧力室５に対応して細い穴９をあ
け、これらをノズルとして流体を上方に噴射させるよう
にする。また、後部ブロック３２には、その内部に各ユ
ニット共通のインク供給路を３３設け、インク導入口３
４を介して各ユニットの圧力室５にインクを供給するよ
うにする。

【００５５】図１２の実施例は、圧電体ブロック１に形
成する櫛歯状の溝を、上側から３つ（３６ａ〜ｃ）平行
に連続して形成し、下側からは１つ（３７）を上側のも
のと交互に形成する。その後、上側の溝３６ａ〜ｃの内
面に電極をめっき等で付け、上端部は、２つの溝３６
ｃ、３６ａが上側で互いに連通されるように蓋３８を接
合し、これらの溝３６ｃ、３６ａ及び蓋３８で逆Ｕ字形
の圧力室５を形成する。蓋３８にはノズル９が設けられ
る。

【００５６】溝３６ｃ、３６ａの内面に形成した電極を
一方の極とし、隣接するユニット間の溝３６ｂの内側に
形成した電極（両側）を他方の極として電圧を印加する
と、圧電体２のｄ₃₃方向、即ち図の水平方向の伸縮が直
接流体に接して圧力を与えると共に、ｄ₃₁方向、即ち図
の垂直方向の伸縮は蓋３８の部分を上下させて圧力室５
の容積を伸縮する、本発明の第二の原理構成を達成する
一実施例を成す。

【００５７】図１３の実施例は、隣接ユニットのピッチ
をより縮めることを可能とする構成であって、圧力室５
と壁（圧電体）２が交互に並ぶ。例えば、圧電体Ｂ−Ｃ
間の圧力室５を動作させるには、圧電体Ｂ、Ｃの壁を電
圧を加えて膨張せしめ、次いでその電極間を短絡するこ
とで収縮させてＢ−Ｃ間の圧力室５を収縮させて、圧力
室５内の流体の噴射を行う。隣接するユニット圧力室を
同時に駆動することはできないが、交互に動作させるこ
とは可能であり、圧電体２の物理的な配列が狭ピッチで
あるので高精細な印刷が可能となる。

【００５８】なお、隣接する圧力室の膨張収縮は、当該
圧力室５の約半分となり影響が大きく、隣接する圧力室
において流体の半噴射のような状況も起こり得るので、
両側の圧電体Ａ、Ｄの壁を逆の膨張又は収縮動作させる
ように駆動して、隣接する圧力室の影響を相殺させるこ
ともできる。なお、本実施例においては、電極６、７を
図示のように上下に配置し、圧電体２のｄ₃₃方向は垂
直、ｄ₃₁方向は水平の方向となる。

【００５９】図１４の実施例は、圧電体２の分極方向を
交互に逆方向とするために、圧力室５を規定する溝の壁
に形成された電極を各ユニット交互に極を変える。例え
ば、圧力室ｃを駆動する場合、圧力室ｃの電極を＋極、
隣接する圧力室ｂとｄの電極を−極として電圧を印加す
る。その他の電極はアースに落とす。圧電体２である壁
Ｂ、Ｃはその間の圧力室ｃの電極が正極方向なので厚み
が増し縦方向に縮まる。壁ＡとＤは隣接する圧力室ｂ、
ｄの電極が逆極性なので縦方向に伸びる。このようにし
て圧力室ｃに圧力が作用し、駆動される。

【００６０】なお、逆極性に高い電界を加えると分極が
消滅する危険があり、−極の電圧は低く抑えておくので
壁Ａ、Ｄの伸び量は壁Ｂ、Ｃの縮み量よりは少ない。し
たがって、圧力変化の相殺効果は完全ではないが元々１
／２の効果を相殺するには十分である。こうした逆極性
駆動を避けるには、同時に駆動するユニットを５ピッチ
毎とする。例えば、図示のように圧力室ｃを収縮させる
のに、壁Ｂ、Ｃを正極性駆動させるが、その前にＡ、Ｄ
を正極性で駆動して圧力室ｂ、ｄの空間を収縮させてお
く。次いで壁Ｂ、Ｃを駆動すると同時に壁Ａ、Ｄの電荷
を短絡して放電させると、圧力室ｂ、ｄは膨張し、圧力
室ｃは収縮するから壁Ａ、Ｄの壁が圧力室ｂ、ｃ側に膨
張しても相殺される。このように５ピッチ飛びの同時駆
動として、順次シフトしていけばラインノズルを走査す
るのに両脇に４ユニットだけ無効ユニットを配置してお
くだけでよい。

【００６１】また、本実施例において、圧力室５の動作
は必ず交互となるので、流体供給口（図示せず）を各々
のグループでは共通とし、駆動周期に同期する圧力の増
減を与えることで、駆動側の圧力室は圧力の高い状態と
し、隣接する非動作側の圧力室は低圧とすることで、上
記のような、隣接する非動作側の圧力室からの流体の噴
射を防止することもできる。

【００６２】また、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、各圧力室５に連通する流体供給部に駆動周期に同期
するシャッタ４０を設け、圧力室５への流体の吸入時に
開、ノズル（図示せず）から流体の噴射時に閉となるよ
うに、このシャッタ４０を駆動することにより同じよう
な効果を持たせることもできる。図１６の実施例は、隣
接ユニット間との干渉を避けるために図示のように溝方
向に互い違いに圧力室５を構成せしめ、溝の中間部に前
後を隔てる隔壁４２を設け、また上板４１に設けたノズ
ル９も中央付近で互い違いとして、各圧力室５に連通さ
せるようにしている。したがって、圧力室５に隣接する
空間４５は無効な空間ではあるが干渉用の隔離空間とな
る。この無効空間４５は空気あるいは、柔軟な物質（図
示せず）で充填する。溝加工は製作工程のごく一部であ
るから、一見無駄に見える空間４５の加工も全体の加工
費を押し上げることも少なく、これを別々に加工して接
続するものに比べると製造コストは低減される。なお、
同じ圧電体の壁であっても、圧力室５については圧電体
４３として機能し、無効空間４５については隔壁４４と
して機能する。

【００６３】図１７及び図１８は圧電体２による圧力室
５の作用を示したものである。圧力室５を形成する溝を
狭いピッチで構成すると、圧力室５の収縮容積が減少す
る。これを補うには図の紙面に垂直方向に延長する設計
となる。その長さが長くなるときはノズル９より遠方の
圧電体２の変形効果は液体の圧力波伝播速度の制約から
遅れてノズル９に到達し、急峻な圧力増加が望めない。
この解決の手段としては、図の矢印にて示すようにノズ
ル９から遠方の圧電体２の変形を最初に起こし、次第に
ノズル９側に変形部を増やしていくことが考えられる。
また、破線４７で示すように、ノズル９から遠い側を液
体容積を減ずるように圧力室５の壁を構成すれば、ノズ
ル９から遠い側は圧縮率が高くより高圧となるのでその
収縮が噴射に効果的に働く。

【００６４】圧電体２は静電容量を持ち、電極は抵抗を
有するから、微細にみれば分布定数のＣＲ回路となって
いるのを利用すると、単位長さ当たりのＣＲ時定数を液
体の圧力波伝播速度に合わせることで、丁度、液体を入
れたチューブをしごくような収縮を実現できる。実際の
静電容量と電極の抵抗から計算される時定数は極めて短
く、圧力伝播速度に合致せしめるには電極の抵抗を増す
必要があり、これは薄膜化で実現できないことではな
い。

【００６５】しかし、さらに高度な要求としてはエネル
ギの節減がある。圧電体２の静電容量に注入されるエネ
ルギのうち圧電体２が機械的エネルギとして使用するの
はごく僅かであって、大部分のエネルギは機械出力が終
わったあとにも残留する。これを回収する回路について
は特開平４−７９２７７号、特開平４−３４６８７４
号、特開平４−２８８２５４号などに記され、その回収
率は数十％に達する。このような回路も考えると、電極
の抵抗値を高くすることでジュール熱を損失し、回収率
を損ねるよりは電極の抵抗率を下げて伝播速度までの時
定数を確保する為に静電容量を増す方が得策となる。圧
電体２は噴射性能から決まる諸元で静電容量を自由に設
定できないときは、付加的に静電容量を持たせることが
有効である。例えば、図１７のように、圧電体２の一部
を掘り込み、高誘電材４７を充填する。誘電率の高い有
機材料、無機材料を膜として電極に近接して設置するこ
とは容易であり目的に合致する分布静電容量を構成でき
る。圧力室５の表面はインクに触れることもあり電極を
露出させると腐食等の問題もある。絶縁物であって誘電
率の高い材料を電極表面に塗布し、導電性のあるインク
を介してアースに接合させると付加されるべき分布型の
静電容量を構成することができる。この静電容量はいわ
ば無効な電気エネルギであるが、回収回路によって回収
させれば装置の性能には影響がない。

【００６６】圧電体に電極を形成するのは狭い溝の中に
ついては均一性の確保に困難があり、壁の上面について
も面積が狭くなると難しい。圧電体は誘電率が数千を越
えるから、電極と圧電体の間に誘電率が一桁台の隙間な
いしは絶縁物が介在すると誘電率の比だけ厚い介在物と
なり、電圧の一部が圧電体にかからず、無効となる。図
１８のように、圧電体２と電極６の間に予め高誘電率の
絶縁物材料４８を塗布してあれば圧電体２に実効的に加
えられる電界強度は確保される。

【００６７】図１９の実施例は、本発明における圧電ポ
ンプの電極の配線状態を示すものである。本発明で使用
される圧電体ブロックないし圧電素子は、圧力室を形成
するために狭い溝ないしスリットを多数隣接させて連続
的に加工する場合が多い。このような場合は、狭い溝に
設けた電極と隣接するユニットの電極とを引き離すに
は、困難がある。

【００６８】このため、図１９の実施例では、圧力室の
前壁５１又は後壁５２のいずれか一方に、例えば隣接す
るユニットの壁間に対応する位置にカッタを切上げて出
口の浅い溝５３を形成し、この溝に導電性接着材５４を
塗布して、リード線５５を隣接ユニットの壁間に形成し
た電極７に接続し、各リード線５５を個別電極の駆動回
路（図示せず）に接続する。他方の壁５２又は５１に
は、各ユニットの圧力室に対応して、比較的深く切り込
んだ溝５６を形成すると共に、横方向に伸びる共通溝５
７を形成する。これらの溝５６、５７に導電塗料又はめ
っき等で電極の導体部を形成して、圧力室内壁側の電極
６（図示せず）と接続して、共通電極とする。なお、図
は説明の都合上、前後両壁５１、５２を同じ面で示して
いるが、実際は一方の側に個別電極を、他方の側に共通
電極を引き出すのがよい。

【００６９】以上の本発明の実施例において、狭い溝な
いしスリット中に電極を形成する必要がある。これをめ
っきで行う場合、めっき液の循環が難しく、めっきが全
面に一様に形成されにくくて問題となる場合がある。一
方、圧電体ブロック１は平板を押し出しで成形すること
も可能であるが、図２０（ａ）〜（ｄ）のように圧電体
ブロック１を異形に成形することもできる。勿論、切削
加工も適用できる。これらの加工を互いに組み合わせた
り、剛体の部材と向き合わせて圧力室を形成することも
実用的な方法である。

【００７０】この際に隣接ユニット間の液体の流通は、
その液体が同じ材料であれば多少は差し支えなく、隙間
を接着することは必ずしも必要でない。しかし、圧力室
６からの圧力波が隣接するユニットの圧力室に伝播し、
噴射性能として干渉を生ずるおそれがある。したがっ
て、図２０（ｃ）及び（ｄ）のように、圧力室６からの
圧力伝播を抑制するためにラビリンス５８、５９を構成
して圧力波の伝播を防ぐようにするのが望ましい。

【００７１】図２１（ａ）〜（ｃ）には、圧電体ブロッ
ク１に予圧を与えるようにした実施例を示す。圧電体は
引っ張り応力により破壊しやすいという脆弱な面をもっ
ており、変形させるときも応力が圧縮状態の中で変化す
るような設計が望まれる。したがって、これらの図に示
すように、カバー板６０に予め反りを与え、両端のクリ
ップ爪６１を圧電体ブロック１の両端の切り欠き６２に
クランプすることで、圧電体ブロック１の全面にほぼ均
等の圧力を加えることができる。クリップ爪６１による
他、接合によっても同様の効果を得ることができる。こ
のようにして圧電体２に予圧を与えておけば、圧電体２
は圧縮応力のみの範囲で作用することができ、強度及び
耐久性を向上させることができる。

【００７２】図２２の実施例は、壁の内側及び外側に電
極を有し、壁の膨張又は収縮を利用した図８の実施例に
おいて、電極等を異種材料で構成することによりバイモ
ルフ効果を加え、圧力室の収縮量をさらに増大するよう
にしたものである。図２２において、圧力室５の内側の
電極６は剛性が高く厚みのある材料をとし、隣接ユニッ
ト間の隙間２１の電極としては剛性率の低い、例えば導
電性樹脂６４などを詰めておく。電極６、６４間に電圧
を印加すると、圧電体２の壁の厚みｔがｄ₃₃×電圧
（Ｖ）だけ膨張すると同時に、ｄ₃₁×電圧（Ｖ）×ａ／
ｔだけ高さが縮もうとする。電極６は剛性があってあま
り変形せず、一方で、隣接ユニット間の隙間２１側の電
極である導電性樹脂６４は柔軟体であるから、内側の電
極６との間のバイモルフ効果により、圧電体である壁２
は図の破線で示すように内側に反りを生じ、圧力室５内
の収縮量は増加する。

【００７３】図２３（ａ）〜（ｄ）は図２２の実施例の
製造法を工程順に示したものであって、まず（ａ）に示
すように、圧電体ブロック１に圧力室となる溝５をスリ
ッタ等（図示せず）で加工する。或いはグリーンシート
状態のものを異形ロール等で溝５を成形してから焼成し
てもよい。次に（ｂ）で示すように、溝５の内側にめっ
き、或いはメタライジング等の手法で電極６となる膜を
形成する。圧電体２の上端面６６の部分は電極を形成せ
ず、（ｃ）に示すように、絶縁膜２４を載せる。その後
で、圧電体２まで切り込む隣接ユニット間のスリット２
１を加工する。次に、（ｄ）に示すように、この上から
メタライジング、めっき、或いは導電塗料でもう一方の
電極６４を形成する。その際、スリット２１は狭いスリ
ットであることから薄くしかめっきが付かないこと或い
は導電塗料が剛性の低い有機物を含むことにより圧力室
５側の電極６より剛性が低くなるように設計されること
によって前述のとおりバイモルフ効果が出る。

【００７４】図２４（ａ）、（ｂ）の実施例は、スリッ
トの加工順序を変えたもので、最初に導電塗料６４側の
スリット２１を例えば歯幅の小さいカッター６７で加工
して、このスリット２１に等の導電塗料同の導電性充填
材６４を充填してから、圧力室５側を例えば歯幅の大き
いカッター６８で加工し、電極６を形成する。これによ
り、被加工体の強度が増し、より微細な加工に対して破
損等の歩留りを向上することができる。

【００７５】図２５（ａ）〜（ｃ）の実施例は、スリッ
トを予め加工した後に電極を形成する場合を示す。圧力
室となるスリット５の内面には比較的厚いめっき６が形
成され、スリット５より狭いスリット２１内にはめっき
７が薄く形成される。めっき後にスリット５、２１を充
填材６９で充填し、上面を平滑化し、レジスト７０でパ
ターンを形成して、その上に更にめっき７１を施す。充
填材６９を除去して圧力室５が形成される。この場合
は、めっき６は個別電極として構成され、めっき７は後
のめっき７１により各ユニット間で連結され、共通電極
として構成される。後のめっき７１を電気めっきとすれ
ば電界は圧力室のスリット５の端面に鋭く形成されてい
くから充填材を埋めておかなくても、そのめっきにより
図２６に示すように圧力室５の蓋７２となるものが形成
されていく。なお、この場合は、スリット５の開口部に
はレジスト７０は設けない。

【００７６】また、バイモルフ効果を最大限発揮させる
には、図２７（ａ）に示すように、圧電体である壁２の
上部が内側に反ってくる状態が望ましい。一般にバイモ
ルフ構成の圧力室５は二層膜２の両端部７３、７４が全
て固定された形態であり変形が阻止されるので、図２７
（ａ）のように上部の自由端において大きく変形するの
を制約している例が多い。く変形することができる。同
じ曲率半径ρとなるバイモルフも、図２７（ｂ）の断面
図で示す、圧電体２の両端部７３、７４が固定されてい
る場合のせり出し量ηは、図２７（ｃ）の断面図で示
す、圧電体２の両端部が固定されておらず自由である場
合のせり出し量ζに比し、かなり少ない。したがって、
例えば図２４（ｂ）で示す実施例において、圧電体２か
その両端部においても有機材料（導電性充填材６４）に
接していて柔軟な場合は、圧電体２の上端が自由となり
大きな変形が許容され圧力室５の収縮量が大きくなる。

【００７７】なお、圧電体の電気機械変換効率を最大と
するには、変位と力の積が評価されねばならない。変位
を拡大すると力は減少するから、単に変形が大であれば
よいというのでないことは当然である。壁の厚みの膨
張、面に平行方向の収縮を直接流体に伝達する形式は、
液体の剛性率に比し、圧電体の剛性率が桁違いに高く,
液体の収縮による圧力上昇があっても圧電体の力がはる
かに勝るのが通例であり、力が伝わらないという意味で
効率が低くなりがちである。超音波振動子では音響イン
ピーダンスの整合という概念でこれを説明し流体側の音
響インピーダンとの差が大きいと音波エネルギは反射し
て流体側に伝達できないと説明する。この対策として、
ある程度圧電体側の表面を柔軟なもので覆う等の工夫で
改善を図っている。本発明の実施例においても同様の趣
旨で、反りによる変形拡大を大きくすることに伴う壁の
剛性の低下があるが、これを流体の剛性との比率で適切
なものとするよう設計値を勘案していくことになる。

【００７８】図２８の実施例は、圧力室となる溝５の上
部にめっき７５を付ける前に、この溝５内の充填材７６
の形状を中窪みとする例である。平坦加工の際には硬い
圧電体２と柔らかい充填材７６では加工率が異なるか
ら、充填材７６は中央部が自然に窪みとなり、また成形
時の温度から室温に冷却されるときに熱膨張係数の差に
よって充填材７６がより大きく縮むことでも同様の中窪
み形態となる。この上にめっき７５施すことにより、中
窪みのめっき膜７５で左右の圧電体２は連結されるの
で、図２７に示すような圧電体２の変形に対し、連結す
るめっき膜７５は弾性変形により湾曲することが可能で
あるので、両側の圧電体２間の単純な引張り、圧縮に比
し格段に抵抗力が少くなくなる。

【００７９】図２９は圧電体の壁２間の圧力室５にイン
クを供給する構造を示す。インク供給流路の構成も、圧
力室の構造の微細化に伴い困難となる。インク供給側は
インクを吐出するノズル９側より流路抵抗が大きいこと
が、駆動力を効率的に活用する上では必要である。その
一方で、ノズルよりの高速噴射の為には潤沢にインクを
供給しなければならない。その相反する条件を満たすも
のとして、スポンジ状のインク溜から直接インクを供給
する方式が有利である。

【００８０】本実施例は、その一例を具現化するもの
で、溝状の圧力室５にスポンジ状のインク供給体７７を
押し当てることで、個別の供給口を設けることなくイン
クを供給するものである。スポンジ体７８は柔軟であり
細い隙間からインクを染みだすので、隣接する圧力室５
とはある程度の隔離がなされる。しかし、柔軟体７８を
圧力室５に置くことは、駆動圧力を損なう面もあるの
で、より細密なメッシュの網目状のもの、即ちフィルタ
メッシュ７９を介在させこれに塵埃除去の効果も持たせ
る。またノズル９付近では高圧を維持するためにも堅牢
な材質の蓋８０で覆い、ノズル９から遠い側にスボンジ
７８を押し当てる。圧力室５を構成する溝の形状は元々
流路抵抗が大きく圧力波の伝播速度より早い駆動力の立
ち上がりに対しては、いわゆる供給路の絞り効果をもっ
ていることもあって、分布定数型の圧力と流量の適切な
設計が可能である。従来、インク供給路は従来の設計で
は、個々に微細な隔壁を設けて行っているが、対抗する
圧力室との位置合わせ精度を必要とし製造は困難であっ
たが、本実施例の構成では、精度を不要とし経済的な効
果がある。

【００８１】図３０（ａ）および（ｂ）は溝加工された
圧電体ブロック１の圧力室５内へのインク供給と、圧力
室５内部の電極の外部への接続とを示す。圧電体ブロッ
ク１の圧力室を構成する溝５と隣接するユニット間の隙
間となる溝２１を各々異なる傾斜で加工し、圧電体ブロ
ック１のＡ側において、一方の溝グループ、即ち溝５が
開口部をもち、他方の溝グループ、即ち溝２１は開口部
をもたないようにする。溝５およびＡ側面にめっきを施
して電極を形成し、Ａ側面にフレキシブルプリント板８
１を半田等で接合する。このフレキシブルプリント板８
１は圧力室５の間隔に対応する間隔で導体パターン８２
が形成されていると共に、端部には各パターン８２に接
続している横方向の導体部８３が形成されている。そし
て、このフレキシブルプリント板８１と圧電体ブロック
１のＡ側面とを、ユニットのピッチで共切りしてスリッ
ト８４および８５を形成する。これにより、フレキシブ
ルプリント板８１の導体部８３と圧電体ブロック１のＡ
側面上の電極とが同時にユニット毎に隔絶され、相互間
の絶縁が同時に行われる。

【００８２】インクを供給構造は図２９の実施例と同
様、圧力室を形成する溝５の上からスポンジ状のインク
含浸体７８を押し当てることにより、個別に供給口を設
けることなくインク供給を行う。なお、８６は圧力室５
に対応するノズル９を有するノズル板、８７はインクを
スポンジ体７８に供給する共通のインク通路である。図
３１（ａ）〜（ｃ）は圧電体ブロックにおいて、圧力室
を形成する溝、或いは隣接ユニット間の隙間となる溝を
形成する方法を示し、（ａ）はスリッタ８８により圧電
体ブロック１に機械的に溝加工する方法、（ｂ）は予め
グリーンシート状の圧電体ブロックを成形し、柔軟な状
態でその上から溝付ローラ８９でもって櫛歯型の溝を連
続的に成形し、その後に焼成する方法、（ｃ）は押し出
し機９０より圧力を加えて押し出し成形する際に溝を形
成し、その後に焼成する。もちろん、これらの工程を組
み合わせて溝を形成してもよい。

【００８３】図３２〜図３４は金属の高剛性を利用して
微細構成の圧力室を容易に形成することができる実施例
を示すものである。圧電体の電極表面に流体を接触させ
る構成は、エネルギ伝達効率の点では良好であるが、電
極と流体の間に電圧が加わる駆動方式とすると、電気分
解等の好ましくない現象を生ずる懸念がある。これを回
避する為には電極表面を保護膜で覆うか、電極を流体と
同じ電位に保つことが必要となる。保護膜は欠陥を皆無
とするには相当な工数を必要とするので、後者の同電位
とする方式が有用である。

【００８４】微細構造の流体路を接着によって形成する
と接着材は表面の濡れ性によって浸透することで完全な
接合を可能とするものが大多数であるから、余分な接着
材が流路内に流出し、流路形状を損ね、場合によっては
閉塞させてしまう。また圧力室は数気圧以上の高圧とな
るので、ピンホールも許容されず、壁の剛性も十分でな
いと、内圧によって膨らむことで、圧縮効果を減殺して
しまう。

【００８５】以上の観点から、前述のように金属の高剛
性を利用して圧力室を形成することが有用である。図３
２の実施例の工程では、 （ａ）基板１０１上に圧電体１０２を接合する。 （ｂ）圧電体１０２の表面に電極膜１０３を形成する。 （ｃ）電極膜１０３上にレジスト材料のような後に薬品
で溶解除去可能な材料の層１０４を載せ、その上面に圧
力室のもう一方の壁面となる材料として金属板１０５を
載せる。 （ｄ）凹部１０８を避けてスリット１０６を圧電体１０
２まで切り込む。 （ｅ）めっき等の薄膜１０７を少なくもスリット１０６
の部分に施し、レジスト１０４を除去し、凹部１０８に
導電塗料１０９を注入する。スリット１０６は凹部１０
８に達していないので、導電塗料１０９とめっき１０
７、電極膜１０３との間は絶縁される。このようにし
て、レジスト１０４を除去した部分が圧力室となり、且
つ圧電体の壁１０２に対してはその両側の電極１０３、
１０９で電圧を印加するこのできる圧電ポンプが形成さ
れる。

【００８６】図３３の実施例では、（ａ）の工程で、基
板１０１上に圧電体１０２を接合した後、スリット１０
６を切る部分１１０の両側にＲが予め形成されるように
加工を施す。その後は、上記実施例の（ｂ）〜（ｅ）の
工程と同様に処理すると、スリット１０６を設けた部分
において、鋭いエッジからの亀裂の発生を低減する効果
がある。このようにして、電極１０３とめっき１０７、
壁面材１０５とめっき１０７が強固に接合する。このめ
っき１０７はアース、即ち共通電極に接続するものとす
ると隣接するユニットのめっき部分と共通でよく、ユニ
ット間で隔離する必要もない。

【００８７】図３４の実施例では、（ａ）の工程は上記
実施例と同様であるが、（ｂ）工程において、圧電体１
０２の表面に電極膜１０３を形成した後、感光レジスト
１１１でパターンニングする。（ｃ）工程では露光、エ
ッチングにより、スリット１１２を設ける。（ｄ）工程
で、感光レジスト１１１上に密着性の良い金属膜１０５
をスパッタ法等で形成し、更に（ｅ）工程で、金属膜１
０５の上からめっき１０７を施し膜厚を増やし、感光レ
ジスト１１１を除去して、この部分を圧力室として使用
することは上記実施例と同様である。

【００８８】図３２〜図３４の実施例では、基板１０１
側に溝ないし凹部１０８を設け、個別駆動電極を収納す
る形態を描いている。図のように予め基板１０１に溝な
いし凹部１０８を加工し、圧電体１０２を接合して閉塞
空間とした場合は紙面の前後方向に開口部がある。めっ
き１０７が終わった段階で、この凹部１０８の開口端か
ら導電塗料１０９のような流動性の導体を注入する。導
電塗料１０９を個別電極として電圧が変化する側とする
と、この個別電極は流体からは完全に絶縁されており安
定性は十分なものとなる。もう一つの狙いは、流動性導
体１０９は構成要素が有機材料のような弾性体であるこ
とから、図３６で後述するように圧電体１０２の変形を
むだなく活用することができる。また、これらの実施例
において、めっき１０７は狭い領域には付着せず、図示
のように最外周の角部に厚く付着するので上面の剛性が
高くなる傾向にある。スリット１０６、１１２の側面は
薄い肉厚となるが、この部分は単純引っ張りの作用する
部分であるから薄い肉厚でも剛性は高い。また、ユニッ
ト間の隣接隙間（図示せず）が接合される前にめっきが
終われば、隣接ユニットの機械振動の干渉も少なくな
る。

【００８９】図３５はこのようにして作製された圧電ポ
ンプを一部破断して立体的に示すものである。異なる３
つの形態の圧力室５を同じ図で示している。即ち、右側
の圧力室は厚みおよび幅とも一定であるが、中央の圧力
室は厚み方向に後部に段差を形成し、流路を狭めた場合
を示す。また左側の圧力室は幅方向に後部の流路を狭め
た場合を示す。このような、圧力室５は前記の実施例に
おいて、レジスト層１１１として感光性のものを使用
し、リソグラフィにより平面方向に形状パターンを形成
することで圧力室の平面形状を任意のものとすることが
可能であり、またレジスト層を複数層とすれば部分的に
厚さに高低のある形状も可能となる。なお、ノズル９は
後に垂直方向から接合する形状としているが、壁面の金
属板１１３に予めノズル９を形成しておくこともでき
る。

【００９０】図３６は、図３２〜図３５の実施例におけ
る圧電体１０２の変形を説明するための図である。圧電
体１０２は下側電極１０９である導電性塗料等の柔軟な
電極と、上側電極１０５である金属等の剛性の高い電極
との間でサンドイッチされた構成となるので、圧電体１
０２の平面方向の収縮によって、バイモルフ効果も併用
できる。即ち、圧電体１０２の分極方向である上下方向
に電界を加えと、中央部分では厚みが増加すると共に、
平面方向に収縮が起こる。この収縮は基板１０１との接
合部で抵抗を受けるが、接合部は狭い壁になっており、
外側は空間であり、内側は柔軟な導電性塗料であるか
ら、壁は倒れやすく抵抗力は少ない。圧電体１０２は厚
みの増加と共に平面方向の収縮は上部電極１０５の剛性
で妨げられ図の破線で示すように凸状の反りを生ずる。
いわゆるバイモルフ効果が生ずる。この両者は圧力室を
収縮させる。

【００９１】さらに圧電体１０２の右側では、分極方向
に対し、電界は斜めに交差する。この状態では圧電体１
０２は剪断モードの変形を生ずる。これも圧力室の収縮
を増す方向となる。このように通常の場合では、圧電体
の単一方向の変形のみが用いられるのに対し、本実施例
では、同時に起こる直交方向の変形、剪断モードによる
変形をも活用し得る構成となっている。

【００９２】図３７〜図４３は本発明の圧電ポンプの具
体提供な実施例を示すものであり、図３７はノズル側か
ら見た場合の全体構成を示す部分破断斜視図、図３８は
インク供給口側から見た部分破断斜視図、図３９は電極
構成を示す断面図、図４０は図３７のＣ−Ｃにおける断
面図、図４１は図３７及び図４０の線Ａ−Ａにおける断
面図、図４２は図３７及び図４０の線Ｂ−Ｂにおける断
面図、図４３は変形した実施例における図４１に対応す
る断面図である。

【００９３】まず、図３７において、２００は圧電体ブ
ロック、２１０はノズル板、２２０は上蓋、２３０はイ
ンク供給金具、２４０はフレキシブルプリント板であ
る。圧電体ブロック２００の上面には圧力室を形成する
溝２０１と隣接ユニット間の溝２０２とが交互に平行に
水平方向に設けられている。圧電体ブロック２００の後
面、即ちインク供給金具２３０側の端面には、圧力室を
形成する溝２０１に繋がった溝２０３が垂直方向に設け
られており（図３８）、一方、圧電体ブロック２００の
前面、即ちノズル板２１０側の端面は、隣接ユニット間
の溝２０２に繋がった溝２０４が垂直方向に設けられて
いる。

【００９４】ノズル板２１０は圧電体ブロック２００の
前面に接合されるもので、圧電体ブロック２００の圧力
室２０１に対応する位置にノズル孔２１１が形成されて
いる。上蓋２２０は圧電体ブロック２００の上面に接合
されるもので、隣接ユニット間の溝２０２に対応する部
分２２１の厚さが薄くなっており、後方、即ちインク供
給金具２３０の側には折り曲げ部２２２があり、この折
曲部２２２は圧電体ブロック２００の後面にも接合され
るようになっている。

【００９５】インク供給金具２３０は圧電体ブロック２
００の後面に接合されるもので、横方向に延びる共通イ
ンク室２３１が設けられている。これらの共通インク室
２３１は、インク供給金具２３０が圧電体ブロック２０
０の後面に接合されたとき、後に詳しく説明するよう
に、圧力室２０１に通ずる溝２０３に連通する。インク
供給金具２３０の後部には共通インク室２３１にインク
を供給するためのインク供給口２３２が設けられてい
る。

【００９６】図３９は圧電体ブロック２００の電極を示
すものである。圧電体ブロック２００は、その全表面を
溝部分も含めてめっきを施して金属層を形成した後、前
面、上面及び後面を切削して金属層を除去する。そし
て、圧電体ブロック２００の下面の後部域、即ちインク
供給金具２３０側の領域には、圧力室２０１の内面及び
これに導通する溝２０３の内面に連通する個別の電極２
０５（図４１）となるように、一方、圧電体ブロック２
００の下面の前部域、即ちノズル板２１０側の領域に
は、隣接ユニット間の溝２０２の内面及びこれに導通す
る溝２０４の内面に連通する共通の導体領域２０６（図
４２）となるように、公知のエッチング等でパターン形
成する。

【００９７】圧力室２０１の内面は、溝２０３の内面を
含めて、一方の電極（−極）が形成され、隣接ユニット
間の溝２０２の内面は、溝２０３の内面を含めて、他方
の電極（＋極）が形成され、それぞれ圧電体ブロック２
００の下面の個別電極２０５、共通電極２０６にそれぞ
れ接続される。個別電極２０５及び共通電極２０６はフ
レキシブルプリント板２４０の所定の導体パターンに接
続される（図４１及び図４２）。

【００９８】このように、各圧力室２０１毎に電圧を加
えることのできる個別電極２０５は圧電体ブロック２０
０の後面側より引き出され、各圧力室２０１に共通の電
極２０６は圧電体ブロック２００の前面より引き出すこ
とができ、フレキシブルプリント板２４０を介して任意
の圧力室２０１を作動させることができる。図４１にお
いて、圧力室２０１はその前部がノズル孔２１１を有す
るノズル板２１０により、上部が上蓋２２０により、そ
れぞれ閉鎖され、その後部は溝２０３に連通している。
この溝２０３は水平方向の圧力室２０１に対して直角な
下方の延び、その下部で共通インク室２３１に連通して
いる。即ち、溝２０３の長さｌの部分はインク室２０１
に対する絞りを構成することになり、適切な絞り効果を
得るように、溝２０３の断面（幅及び深さ）と長さｌが
決められる。

【００９９】前述のように、圧力室２０１の内壁は導体
層で、個別電極２０５としてフレキシブルプリント板２
４０に接続されている。一方、図４２に示すように、隣
接ユニット間の溝２０２の内壁は溝２０４の内壁を介し
て、共通電極としてフレキシブルプリント板２４０に接
続されている。したがって、所定の圧力室２０１を駆動
する場合は、フレキシブルプリント板２４０を介して該
当する個別電極２０５と共通電極２０６との間に電圧を
印加し、これにより圧電体ブロック２００の圧力室２０
１を形成する両側壁のそれぞれの側で電圧差が生じ、圧
力室２０１の両側壁が同じ方向、例えば収縮側に変位す
る。

【０１００】上蓋２２０に設けた厚さが薄くなっている
部分２２１は、ユニット間の溝２０２に対応する位置に
設けられており、特定の圧力室２０１の両側壁が収縮又
は膨張変位をする場合において、このような変位を生じ
ない隣接する圧力室の壁との間の歪みを吸収するように
している。圧力室２０１の両側壁の収縮側により、圧力
２０１内の圧力は急激に高まり、その圧力波は前方のノ
ズル孔２１１側と後方側の両方向に伝搬するが、後方側
は溝２０３により直角方向に曲げられているため、後方
壁で圧力波が反射して前方のノズル側へ戻る。

【０１０１】流体であるインクは微小量といえども質量
を有し、ノズル孔２１１から噴射するに必要な噴射速度
となるまでインクを加速するのに所定の時間を必要とす
る。しかしながら、圧力室２０１の後方側は溝２０３に
より直角方向に曲げられ且つ溝２０３の断面により絞ら
れる構造であるため、圧力室２０１内の圧力は噴射に必
要なインク圧力となるまで十分維持される。

【０１０２】したがって、圧力室２０１の前方のノズル
孔２１１からは圧力室２０１内のインクが十分な噴射速
度でもって噴射する。一方で、圧力室２０１の後方側で
は、前述のように、圧力波の伝搬が大幅に緩和されるの
で、圧力損失が少なくなり、共通圧力室２３１に対して
は圧力室２０１内の圧力の影響を極めて少なくすること
ができる。

【０１０３】個別電極２０５と共通電極２０６との間に
電圧の印加が停止されると、圧電体ブロック２００の圧
力室２０１の両側壁は膨張し、元の状態に復帰しようと
する。その際、圧力室２０１は負圧となり、絞り効果を
有する溝２０３を介して共通インク室２３１内のインク
が該当する圧力室２０１内に吸収される。この場合にお
いて、絞りを構成する溝２０３の断面積をあまり小さく
しなくても、前述のような直角方向に曲げられた流路形
状により必要な絞り効果を与えることができるので、共
通インク室２３１から圧力室２０１へのインクの吸入に
ついて流路抵抗を小さく維持することができる。

【０１０４】このようなインク流路を構成することで、
ノズル板２１０、上蓋２２０、インク供給金具２３０等
の各部品の加工を容易で、これらの部品を圧電体ブロッ
ク２００に結合して精度良いインクジェットヘッドを構
成することができるだけでなく、インクの噴射速度を上
昇させて、印字品質を向上させることができる。図４３
は変形した実施例を示す図４１に対応する断面図であ
る。この変形例では、圧力室２０１の後部の溝２０３’
は、水平方向の圧力室２０１に対して鋭角に曲がってい
る。これにより、溝２０３’による絞り効果をより一層
高めることができる。また、溝２０３’の断面を大きく
しても、圧力室２０１の圧力維持の効果を所望に維持し
つつ、共通インク室２３１から圧力室２０１へのインク
の吸入の際の流路抵抗を一層小さくすることができる。

【０１０５】溝２０３’の角度は、その断面やその長さ
ｌとの関連で、適切な絞り効果を得られるように設定さ
れる。なお、上蓋２２０の後部折れ曲がり部２２２’、
インク供給金具２３０’等も溝２０３’の角度に対応し
た形状に構成されている。

【０１０６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、圧電体の分極ｄ₃₃方向の変形と、これと直交するｄ
₃₁方向の変形の両者を、圧力室の収縮ないし膨張に、即
ち流体圧力の上昇又は下降に同時に活用することができ
るので、効率の高い圧電ポンプが得られた。また、本発
明によれば、全体構成を簡素なものとし、製造容易な圧
電ポンプが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の原理構成を示した実施例の断面
図である。

【図２】図１に示した実施例を変形した実施例を示す断
面図である。

【図３】（ａ）は図１に示した第一の原理構成の圧電ポ
ンプの具体的な斜視図および（ｂ）〜（ｄ）はその部分
断面図である。

【図４】（ａ）は図１に示した実施例を変形した実施例
の分解斜視図および（ｂ）、（ｃ）は水平断面図であ
る。

【図５】（ａ）は図１に示した第一の原理構成の圧電ポ
ンプで使用する金属形成体の斜視図および（ｂ）、
（ｃ）はその部分断面図である。

【図６】金属形成体の断面図である。

【図７】（ａ）、（ｂ）は本発明の第二の原理構成に基
づく実施例の断面図である。

【図８】本発明の第二の原理構成に基づく他の実施例の
断面図である。

【図９】（ａ）本発明の第二の原理構成に基づく実施例
の分解斜視図および（ｂ）は同実施例の電極配線を示す
図である。

【図１０】圧電体の壁の断面形状を示す図である。

【図１１】（ａ）および（ｂ）は本発明の第二の原理構
成に基づく実施例の概略斜視図である。

【図１２】本発明の第二の原理構成に基づく更に他の実
施例の断面図である。

【図１３】圧力室を構成する圧電体隔壁を隣接するユニ
ットの隔壁と同一のもので構成した本発明の一実施例の
断面図である。

【図１４】図１３と同様にユニット間に隙間のない圧電
ポンプの他の実施例の断面図である。

【図１５】（ａ）および（ｂ）は圧電体ブロックとノズ
ル板との関係を示す図である。

【図１６】圧力室を交互に形成した実施例を示す分解斜
視図である。

【図１７】圧電体による圧力室の作用の一例を示す概略
図である。

【図１８】圧電体による圧力室の作用の他の例を示す概
略図である。

【図１９】本発明の圧電ポンプの電極の配線状態を示す
斜視図である。

【図２０】（ａ）〜（ｄ）は本発明で用いる圧電体ブロ
ックを異形に成形したそれぞれの実施例を示す。

【図２１】（ａ）〜（ｃ）には、圧電体ブロックに予圧
を与える実施例を示す。

【図２２】電極等を異種材料で構成しバイモルフ型の圧
電ポンプとして構成した場合の実施例を示す。

【図２３】（ａ）〜（ｄ）は同バイモルフ型の圧電ポン
プの他の実施例を示す。

【図２４】（ａ）および（ｂ）は圧電体ブロックへの溝
を形成方法を示す。

【図２５】（ａ）〜（ｃ）は充填材を利用してめっきを
行う実施例を示す。

【図２６】めっきにより圧力室の蓋を形成した実施例を
示す。

【図２７】（ａ）〜（ｃ）は圧電体のバイモルフ効果を
説明するための図である。

【図２８】溝に充填材を設け、その表面に窪みを設けた
場合の実施例を示す図である。

【図２９】圧電体の壁間の圧力室にインクを供給する構
造を示す。

【図３０】（ａ）、（ｂ）は溝加工された圧電体ブロッ
クの圧力室内へのインク供給と、圧力室内部の電極の外
部への接続とを示す。

【図３１】（ａ）〜（ｃ）は圧電体ブロックに溝を形成
する方法を示した図である。

【図３２】微細構成の圧力室を形成する方法の一実施例
を示す。

【図３３】微細構成の圧力室を形成する方法の他の実施
例を示す。

【図３４】微細構成の圧力室を形成する方法の更に他の
実施例を示す。

【図３５】図３２〜３４の方法により製造した圧電ポン
プの一部破断斜視図である。

【図３６】図３２〜３４の方法により形成した圧電体の
変形を説明するための図である。

【図３７】本発明の圧電ポンプの具体的な実施例の全体
構成をノズル側から見た部分破断斜視図である。

【図３８】図３７に示した実施例のインク供給口側から
見た部分破断斜視図である。

【図３９】図３７に示した実施例の電極構成を示す断面
図である。

【図４０】図３７のＣ−Ｃにおける断面図である。

【図４１】図３７及び図４０の線Ａ−Ａにおける断面図
である。

【図４２】図３７及び図４０の線Ｂ−Ｂにおける断面図
である。

【図４３】本発明の圧電ポンプの変形実施例における図
４１に対応する断面図である。

【符号の説明】

１…圧電体ブロック ２…圧電体 ３…隔壁 ４…底部 ５…圧力室 ６…電極 ７…電極 ８…基板 ９…ノズル ２１…ユニット間の溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 雄二 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 西沢 元亨 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 亀原 伸男 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 矢野 昭雄 東京都稲城市大字大丸1405番地 富士通ア イソテック株式会社内 (72)発明者 宮木 明彦 東京都稲城市大字大丸1405番地 富士通ア イソテック株式会社内 (72)発明者 小野 正裕 東京都稲城市大字大丸1405番地 富士通ア イソテック株式会社内 (72)発明者 沼田 安雄 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 栗原 和明 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 渡部 慶二 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (33)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体の分極方向の一端を固定部に固定
   し、柔軟体による壁を圧電体の他端に接触するように設
   け、前記圧電体、固定部および柔軟体の壁を含む圧力室
   空間を形成するようにしたことを特徴とする圧電ポン
   プ。
2. 【請求項２】 圧電体を固定した固定部の圧力室外側に
   一方の電極を設け、柔軟体と接する側に他方の電極を設
   けたことを特徴とする請求項１に記載の圧電ポンプ。
3. 【請求項３】 柔軟体は導電材料を構成体の一部とし、
   前記他方の電極を構成することを特徴とする請求項２に
   記載の圧電ポンプ。
4. 【請求項４】 柔軟体は圧力室への流体の導入口および
   吐出口を有することを特徴とする請求項１に記載の圧電
   ポンプ。
5. 【請求項５】 柔軟体は金属膜で構成され、塑性加工或
   いは電気めっき法によって製作されることを特徴とする
   請求項３又は４に記載の圧電ポンプ。
6. 【請求項６】 柔軟体は吐出口にテーパ部を有すること
   を特徴とする請求項４に記載の圧電ポンプ。
7. 【請求項７】 柔軟体は固定部と圧電体接触部との間に
   膜厚の薄い部分或いは波型の部分を有することによって
   弾性を持たしめた構成としたことを特徴とする請求項１
   に記載の圧電ポンプ。
8. 【請求項８】 複数のユニットが並列して形成され、各
   ユニットにおいて、圧電体は圧力室および隣接するユニ
   ットとの間の隔壁を一体的に含む形状を構成してなるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の圧電ポンプ。
9. 【請求項９】 圧電体の分極方向或いはそれと直交する
   方向の一端を固定部に固定したものを一対並べ、各圧電
   体の自由端側を連結部にて連結し、一対の圧電体の間で
   且つ固定部と連結部との間で圧力室となる閉塞空間を構
   成したことを特徴とする圧電ポンプ。
10. 【請求項１０】 圧電ポンプの圧力室は一体の圧電体ブ
    ロックからスリット加工或いは押し出し成形による溝に
    よって形成されることを特徴とする請求項９に記載の圧
    電ポンプ。
11. 【請求項１１】 各ユニット毎に一対の圧電体壁の間に
    形成された圧力室が並列に複数並び、隣接するユニット
    の圧電体壁との間に隙間があることを特徴とする請求項
    ９に記載の圧電ポンプ。
12. 【請求項１２】 圧力室を構成する一対の圧電体の壁の
    内側に一方の電極、外側に他方の電極が形成され、該他
    方の電極は少なくとも前記隙間に導体薄膜を形成するこ
    とにより作られ、隣接するユニットの圧電体壁の外側電
    極から絶縁するために、前記隙間に中間溝が設けられる
    ことを特徴とする請求項１１に記載の圧電ポンプ。
13. 【請求項１３】 圧電体ブロックの端面に前記中間溝と
    直交する方向に切込みを設け、前記めっきは、少なくと
    も前記隙間および圧電体ブロックの該端面に施されてお
    り、該端面を研磨してめっきを除去することによって、
    隣接するユニットの圧電体壁の外側電極から互いに絶縁
    され、且つ圧力室を形成する一対の圧電体壁の外側電極
    が互いに導通するための、導電性膜が前記切込み内のめ
    っきにより形成されることを特徴とする請求項１２に記
    載の圧電ポンプ。
14. 【請求項１４】 圧電ポンプの隣接ユニット間の隙間も
    スリット加工或いは押し出し成形によって形成されるこ
    とを特徴とする請求項１１に記載の圧電ポンプ。
15. 【請求項１５】 圧電ポンプの隣接ユニット間の隙間を
    柔軟材で充填することを特徴とする請求項１４に記載の
    圧電ポンプ。
16. 【請求項１６】 圧力室を構成する一対の圧電体壁の少
    なくとも一方にて、該圧電体壁の圧力室側電極と隣接ユ
    ニットとの隙間側の電極に電圧を加え、いずれかの側の
    電極は隣接ユニットの対応する電極と電気的に接続して
    なることを特徴とする請求項１１に記載の圧電ポンプ。
17. 【請求項１７】 圧電ポンプ群をスリット或いは異形押
    し出しによって製造し、両端を塞ぐ部材を接合して閉塞
    空間の圧力室を構成したことを特徴とする請求項１１に
    記載の圧電ポンプ。
18. 【請求項１８】 圧電体ブロックにスリット加工或いは
    異形押し出しによって細い隙間を構成し、各隙間の壁を
    構成する各圧電体の自由端側を、流体吐出口又は供給口
    を有する板部材で覆うようにしたことを特徴とする請求
    項９に記載の圧電ポンプ。
19. 【請求項１９】 圧電体の分極方向或いはそれと直交す
    る方向の一端を固定部に固定したものを複数並列して並
    べ、少なくとも隣接する圧電体の自由端側を連結部にて
    連結し、隣接する圧電体の壁の間で且つ固定部と連結部
    との間で圧力室となる閉塞空間が構成され、各ユニット
    の圧力室は一つの圧電体の壁で隣接するユニットの圧力
    室と隔てられ、圧力室の両側の圧電体壁の厚みを同時に
    変形させ、隣接する圧力室は同時には噴射、吸入を行わ
    ないことを特徴とする圧電ポンプ。
20. 【請求項２０】 当該圧力室を駆動する際、隣接する圧
    力室の他方側の圧電体壁の変形を逆動作とするように駆
    動して、隣接する圧力室の容積変化を相殺するように構
    成したことを特徴とする請求項１９に記載の圧電ポン
    プ。
21. 【請求項２１】 並列して形成された複数の溝を、該溝
    の中間位置で壁でもって仕切り、各ユニットの圧力室
    を、該仕切られた溝領域の、溝方向および並列方向に１
    個おきに形成し、圧力室の隣の溝領域は圧力を開放させ
    る空間とすることを特徴とする請求項１９に記載の圧電
    ポンプ。
22. 【請求項２２】 隣接する両側のユニットに逆方向の変
    形を同時に起こさせる駆動を行って、３ユニットないし
    それ以上の奇数ユニットを単位として、駆動を順次シフ
    トしていく駆動手段を有することを特徴とすることを特
    徴とする請求項１９に記載の圧電ポンプ。
23. 【請求項２３】 圧力室又はユニット間の隙間を形成す
    るスリットの深さを、電極群毎に異なるものとし、群内
    の相互の電極の接続を、スリットの端部の開口部におい
    て、スリットとほぼ直交方向の溝とスリットを交差せめ
    る部分で行うことを特徴とする請求項１１に記載の圧電
    ポンプ。
24. 【請求項２４】 該スリット内の電極を導電塗料を塗布
    して形成する場合において、材料として金属粉ないしは
    カーボンを懸濁させて導電塗料としたものを用い、且つ
    外部引き出し線を該導電塗料中に埋め込んたことを特徴
    とする請求項２３に記載の圧電ポンプ。
25. 【請求項２５】 該スリット内の導電塗料の液体接触面
    に有機材料の塗布或いは浸積により保護膜を生成したこ
    とを特徴とする請求項２４に記載の圧電ポンプ。
26. 【請求項２６】 該圧電体はＬ型或いはＵ型に成形した
    ものを互いに或いは剛体に接触することで囲まれた圧力
    室が形成されることを特徴とする請求項１９に記載の圧
    電ポンプ。
27. 【請求項２７】 圧電体の両側に設けた電極の分布抵抗
    値と分布静電容量の積を圧力波で伝播速度と同程度に設
    定したことを特徴とする請求項１９に記載の圧電ポン
    プ。
28. 【請求項２８】 圧電体の両側に電極を設け、圧電体の
    抵抗と静電容量の積を補う付加静電容量を電極と平行に
    形成したことを特徴とする請求項１９に記載の圧電ポン
    プ。
29. 【請求項２９】 隣接する圧電体の自由端側に高誘電率
    の薄膜を接合して圧力室の壁面としたことを特徴とする
    請求項１９に記載の圧電ポンプ。
30. 【請求項３０】 圧電体の一方の面の電極の上を後に除
    去可能な材料で覆い、その上に金属系材料の層を形成
    し、溝加工で少なくも圧電体の一部まで切り込み、加工
    面を含む表面に膜を形成して、除去可能な材料を除去す
    ることによって電極上に圧力室空間を形成することを特
    徴とする圧電ポンプの製造方法。
31. 【請求項３１】 圧力室の一方の側にノズル孔を設け、
    他方の側より流路を介して共通インク室に連通させ、前
    記圧力室の少なくとも１つの壁部を圧電体により形成
    し、該圧電体の圧電変位を利用して圧力室内のインクを
    ノズル孔より噴射させるように構成した圧電ポンプにお
    いて、前記流路を圧力室に対して所定の角度で且つ所定
    の長さに構成したことを特徴とする圧電ポンプ。
32. 【請求項３２】 前記流路を圧力室に対して略直角とし
    たことを特徴とする請求項３１に記載の圧電ポンプ。
33. 【請求項３３】 前記流路を圧力室に対して鋭角とした
    ことを特徴とする請求項３１に記載の圧電ポンプ。