液體輸送設備和用於生產液體輸送設備的方法

2024-04-09 10:25:05

專利名稱：液體輸送設備和用於生產液體輸送設備的方法
技術領域：
本發明涉及一種輸送液體的液體輸送設備以及一種用於生產該液 體輸送設備的方法。
背景技術：
迄今已知一種液體輸送設備(壓電泵)，它通過利用當施加電壓(電 場)時產生的壓電元件的變形向液體施加壓力而輸送液體。例如，在日 本專利申請特開平No.6-147104中描述的壓電泵設有具有相同形狀(圓 形形狀)且相互連通的兩個泵腔室；與設於下遊側的泵腔室連通且具有 與泵腔室相同形狀的壓力調節腔室；以及布置成分別從上部和下部覆 蓋所述兩個泵腔室的壓電元件。對與每個泵腔室對應的壓電元件施加 電壓以引起變形，從而泵腔室的容積改變。因此，壓力被施加到在泵 腔室中容納的液體，並且因此輸送液體。相對於壓力調節腔室在上部 位置和下部位置處布置薄膜。通過薄膜的彈性變形在壓力調節腔室中 調節從泵腔室供給的液體的壓力。在日本專利申請特開昭No.64-32077中描述的壓電泵(圖2)設有泵 腔室、與泵腔室連通的液體供應通道及液體排放通道、以及分別與泵 腔室、液體供應通道及液體排放通道相對應地設置的三個壓電換能器 或者振蕩器(第一、第二和第三壓電換能器)。與泵腔室相對應的第一壓 電換能器布置成覆蓋泵腔室。泵腔室的容積根據其變形而改變，以便向泵腔室中的液體施加壓力。另一方面，第二和第三壓電換能器分別 設置在液體供應通道和液體排放通道的中間部分處。液體供應通道和 液體排放通道根據其自身的變形而打開和關閉。在此情形中，液體供 應通道和液體排放通道沿著與泵腔室的側壁垂直的水平方向從該側壁延伸。因此，在日本專利申請特開昭No.64-32077中描述的壓電泵具有 的三維結構使得設置成向泵腔室中的液體施加壓力的第一壓電換能器、以及分別打開和關閉液體供應通道和液體排放通道的第二和第三 壓電換能器位於彼此不同的平面上。在日本專利申請特開平No.6-147104中描述的壓電泵沒有設置任 何用於當壓電元件變形以向泵腔室中的液體施加壓力時關閉設於泵腔 室上遊側的流動通道的裝置。因此，即使當向泵腔室中的液體施加壓 力時， 一部分壓力波朝向上遊側洩漏。因此，輸送效率不令人滿意。 可以與壓電泵有別地設置用於打開/關閉設於泵腔室上遊側的流動通道 的閥機構。然而，構件數目增加了，並且該結構也是複雜的，這對於 生產成本是不利的。在日本專利申請特開昭No.64-32077中描述的壓電泵的情形中， 用於向泵腔室中的液體施加壓力的第一壓電換能器以及用於打開和關 閉液體供應通道和液體排放通道的第二和第三壓電換能器未被布置在 相同平面上。為此，壓電泵的結構複雜，並且難以使泵小型化。而且， 當生產泵時，必須在分開的步驟中布置第一壓電換能器和第二及第三 壓電換能器。步驟的數目增加，並且相應地，生產成本也增加。發明內容本發明的目的在於提供一種能夠高效地輸送液體、具有簡單結構 並且還容易生產的液體輸送設備。根據本發明的第一方面，提供一種液體輸送設備，包括基部構 件，該基部構件具有形成有壓力腔室和液體流動通道的表面，該液體流動通道與該壓力腔室連通，且具有比壓力腔室的流動通道橫截面積 小的流動通道橫截面積；以及壓電致動器，該壓電致動器具有對壓力 腔室中的液體施加壓力的壓力施加部分、以及打開和關閉液體流動通 道的開閉部分，該壓電致動器由疊層形成，該疊層包括振動板，該 振動板布置在基部構件的所述表面上，且覆蓋壓力腔室和液體流動通 道；壓電材料層，該壓電材料層布置在振動板的位於不面對基部構件 的一側的表面上；第一電極，該第一電極在壓電材料層的一個表面上 布置在該表面的與壓力腔室對應的區域處；第二電極，該第二電極在 壓電材料層的一個表面上布置在該表面的與液體流動通道對應的區域 處；以及第三電極，該第三電極在壓電材料層上布置成面對第一電極 和第二電極，其中該壓力施加部分面對壓力腔室，該開閉部分面對所 述液體流動通道，並且壓力施加部分和開閉部分沿著基部構件的所述 表面布置。在根據本發明第一方面的液體輸送設備中，壓電致動器的壓力施 加部分響應於當在第一電極和第三電極之間產生電位差時引起的壓電 材料層的變形而使覆蓋壓力腔室的振動板變形。因此，壓力腔室的容 積改變，並且壓力被施加到其中的液體。而且，開閉部分使覆蓋液體 流動通道的振動板部分變形，使得液體流動通道響應於當在第二電極 和第三電極之間產生電位差時引起的壓電材料層的變形而被打開/關 閉。因此，能夠通過在開閉部分打開和關閉液體流動通道的同時利用 壓力施加部分以適當的定時向壓力腔室中的液體施加壓力來高效地輸 送液體。與迄今為止廣泛用作液體輸送泵的任何機械泵(例如，管泵和 注射泵)不同，在壓電致動器中不存在滑動部分。因此，還獲得在操作 期間產生的噪音小的優點。壓電致動器還具有包括例如電極、壓電材料層以及沿著基部構件 的一個表面延伸的振動板的疊層。面對壓力腔室的疊層部分是壓力施 加部分。面對液體流動通道的疊層部分是開閉部分。壓力施加部分和 開閉部分沿著基部構件的一個表面布置在相同平面上。因此，壓電致動器的結構被簡化，壓電致動器變得緊湊，因此液體輸送設備能夠被 小型化。而且，通過在基部構件的一個表面上層疊包括例如振動板和 壓電材料層的多個層，能夠同時生產壓力施加部分和開閉部分。因此， 還能夠簡化生產步驟。優選的是，壓力腔室具有大到一定程度的流動通道橫截面積(在與 液體輸送方向垂直的截面中的橫截面積)，使得當向液體施加壓力時引 起的容積變化增加，從而成功地立刻向其中的液體施加高壓。另一方 面，優選的是，液體流動通道具有小到流動通道阻力不過度增加這一 程度的流動通道橫截面積，使得能夠通過與開閉部分相對應的壓電材 料層的變形容易地實現基本上完全的關閉。考慮到前述觀點，在本發 明的液體輸送設備中，被開閉部分打開和關閉的液體流動通道的流動 通道橫截面積小於壓力腔室的流動通道橫截面積。在本發明的液體輸送設備中，疊層的剛度局部降低處的低剛度部 分可以設置在壓力施加部分和開閉部分之間。當設置了低剛度部分時， 能夠抑制在壓力施加部分和開閉部分之間壓電材料層和振動板的變形 的相互幹擾。在本發明的液體輸送設備中，低剛度部分可以是在振動板中形成 在振動板的面對位於壓力腔室和液體流動通道之間的邊界的區域處的 凹槽。當形成了凹槽時，在面對位於壓力腔室和液體流動通道之間的 邊界的區域中，振動板的厚度局部變薄。因此，疊層的剛度降低。在本發明的液體輸送設備中，所述凹槽可形成在振動板的位於不 面對基部構件的所述一側的所述表面上。根據該布置，當生產壓電致 動器時，能夠在相同的方向(與基部構件相對的方向)上執行應用到振動 板的多個步驟(包括例如形成振動板的凹槽、以及形成壓電材料層)。因 此，容易生產壓電致動器。而且，能夠縮短步驟。而且，與在振動板 的位於基部構件側的表面上形成所述凹槽而與液體接觸的情況不同，9不產生當液體被氣泡汙染時在所述凹槽中停留任何氣泡的問題。在本發明的液體輸送設備中，低剛度部分可以是在所述壓電材料 層中形成在所述壓電材料層的面對位於所述壓力腔室和所述液體流動 通道之間的邊界的區域處的凹槽或通孔。當為壓電材料層形成凹槽或 者通孔時，在面對位於壓力腔室和液體流動通道之間的邊界的區域中， 疊層的剛度局部降低。在本發明的液體輸送設備中，壓力腔室的流動通道寬度可以大於 液體流動通道的流動通道寬度。為了使壓力腔室的流動通道橫截面積 大於液體流動通道的流動通道橫截面積，增加流動通道的寬度或者流 動通道的深度是合適的。然而，當流動通道的寬度如本發明中一樣大 時，面對壓力腔室的振動板區域被大大加寬。因此，鑑於當施加壓力 時壓力腔室的容積變化能夠增加這一事實，該布置是優選的。本發明的液體輸送設備還可包括分別通過獨立配線連接到第一電 極和第二電極的驅動器，並且該驅動器可以通過以預定定時對所述第 一電極和所述第二電極中的每個電極施加預定電位而獨立地驅動所述 壓力施加部分和所述開閉部分。當壓力施加部分和開閉部分分別被驅 動器以適當的定時獨立地驅動時，能夠通過高效地施加壓力而輸送液 體。在本發明的液體輸送設備中，所述預定電位可以包括彼此不同的 第一和第二預定電位；當第一預定電位從所述驅動器施加到所述第二 電極時，在開閉部分處，振動板可以平行於基部構件的所述表面，並 且當第二預定電位施加到所述第二電極時，振動板可以變形成在所述 開閉部分處朝向所述基部構件突出；並且在所述基部構件的所述液體 流動通道中可以形成凹進閥座，該凹進閥座適合於所述振動板朝向所 述基部構件的突出變形，並且當所述振動板變形成朝向所述基部構件、 突出從而鄰接該凹進閥座時，所述液體流動通道可以被關閉。根據該布置，當向開閉部分的第二電極施加第一電位時，振動板平行於基部 構件的一個表面。因此，在振動板和凹進閥座之間形成間隙，並且液 體流動通道處於打開狀態。另一方面，當向第二電極施加第二電位並 且振動板變形而朝向基部構件突出時，已經變形而以朝向基部構件突 出的振動板然後與該突出變形相對應地鄰接凹進閥座，以實現粘附或 者緊密接觸。因此，液體流動通道被可靠地關閉。在本發明的液體輸送設備中，第二電極可以在所述壓電材料層的 設置於不面對所述基部構件的一側的表面上布置在該表面的面對所述 液體流動通道的沿寬度方向的中央部分的區域處。根據該布置，當第 二電位被施加到面對液體流動通道沿寬度方向的中央部分的第二電極 時，設置在面對介於第二電極和第三電極之間的液體流動通道的中央 部分的區域中的壓電材料層沿著平面方向收縮。因此，振動板變形成 朝向基部構件突出。在本發明的液體輸送設備中，預定電位可以包括彼此不同的第一 和第二預定電位；當第一預定電位從所述驅動器施加到所述第二電極 時，所述振動板可以在所述開閉部分處平行於所述基部構件的所述表 面，並且當第二預定電位施加到所述第二電極時，所述振動板可以變 形成在所述開閉部分處朝向不面對所述基部構件的一側突出；並且所述基部構件的所述液體流動通道可以具有壩形閥座，該壩形閥座沿著 寬度方向在整個液體流動通道上延伸，且具有位於與所述基部構件的 所述表面的平面相同的平面中的頂表面，並且當所述振動板變形成朝 向不面對所述基部構件的所述一側突出時，可以在所述振動板和閥座 的該頂表面之間形成間隙，以打開所述液體流動通道。根據該布置， 當向開閉部分的第二電極施加第一電位時，振動板平行於基部構件的 一個表面。因此，振動板鄰接壩形閥座的位於與基部構件的一個表面 平面相同的平面中的頂表面，並且液體流動通道被可靠地關閉。另一 方面，當向第二電極施加第二電位並且振動板變形而朝向與基部構件 相反的一側突出時，則在振動板和閥座的頂部之間形成間隙，並且液11體流動通道被打開。在本發明的液體輸送設備中，第二電極可包括兩個第二電極部分， 這兩個第二電極部分在所述壓電材料層的位於不面對所述基部構件的 所述一側的表面上分別布置在該表面的如下區域處，所述區域分別面 對所述液體流動通道沿寬度方向的兩端。根據該布置，當向分別面對 液體流動通道的沿寬度方向的兩端的兩個第二電極施加第二電位時， 設置在面對介於兩個第二電極和第三電極之間的液體流動通道的沿寬 度方向的兩端的區域中的壓電材料層部分分別沿平面方向收縮。因此， 設置在面對液體流動通道的沿寬度方向的中央部分的區域中的振動板 部分變形成朝向與基部構件相反的一側突出。在本發明的液體輸送設備中，第一電極和第二電極可以布置在所 述壓電材料層的一個表面上，並且所述第三電極可以布置在所述壓電 材料層的另一個表面上。根據該布置，分別與第一電極及第二電極相 對應的第三電極布置在相同平面上。因此，第三電極能夠布置成共同 地用於壓力施加部分和開閉部分。在本發明的液體輸送設備中，在壓電致動器中，開閉部分可包括 第一和第二開閉部分；第一開閉部分可以打開和關閉所述液體流動通 道的相對於所述壓力腔室位於沿液體輸送方向的上遊側的上遊部分， 並且第二開閉部分可以打開和關閉所述液體流動通道的相對於所述壓 力腔室位於沿該液體輸送方向的下遊側的下遊部分。當設置了這兩個 開閉部分時，能夠分別在壓力腔室的上遊側和下遊側關閉液體流動通 道。因此，壓力能夠高效地施加到壓力腔室中的液體。根據本發明的第二方面，提供一種用於生產液體輸送設備的方法， 包括在基部構件的表面上形成壓力腔室和液體流動通道，該液體流 動通道與該壓力腔室連通，且具有比壓力腔室的流動通道橫截面積小 的流動通道橫截面積；並且生產壓電致動器，該壓電致動器布置在該基部構件的所述表面上，且包括壓力施加部分和開閉部分，該壓力施 加部分對壓力腔室中的液體施加壓力，該開閉部分打開和關閉所述液 體流動通道，其中，壓電致動器的生產包括在振動板的不面對基部 構件的一側上形成壓電材料層，振動板接合到基部構件的所述表面， 以覆蓋壓力腔室和液體流動通道；並且在壓電材料層的表面上分別在 該表面的如下區域處布置第一電極和第二電極，該表面面對壓力腔室 和液體流動通道；並且壓電材料層的形成包括沉積壓電材料粒子，以 同時形成面對壓力腔室的壓力施加部分的壓電材料層、以及面對液體 流動通道的開閉部分的壓電材料層。在根據本發明第二方面的生產方法中，當形成壓電材料層時，壓 電材料的粒子沉積在振動板的表面上。因此，能夠在振動板上同時形 成與壓力施加部分相對應的壓電材料層以及與開閉部分相對應的壓電 材料層。因此，能夠簡化壓電致動器的生產步驟。本發明的用於生產液體輸送設備的方法還可包括接合基部構件和 壓電致動器。在本發明的用於生產液體輸送設備的方法中，振動板可以是導電的。在本發明的用於生產液體輸送設備的方法中，壓電致動器的生產 包括在形成所述壓電材料層之前，在所述振動板的位於不面對所述 基部構件的所述一側的表面上布置第三電極，使得該第三電極對應於 所述壓力腔室和所述液體流動通道。


圖1所示的示意布置示出根據本發明實施例的噴墨印表機。 圖2所示的平面圖示出泵。圖3示出沿圖2中所示的線ni-in的剖視圖。圖4示出沿圖2中所示的線IV-IV的剖視圖。 圖5示出沿圖2中所示的線V-V的剖視圖。 圖6所示的平面圖示出基部構件。 圖7所示的平面圖示出振動板。圖8示出沿圖7中所示的線vm-vm的剖視圖。圖9所示的框圖示意地示出噴墨印表機的電氣布置。 圖IOA到IOF示出泵的操作，其中圖IOA示出泵停止的狀態，圖 10B示出即將向墨施加壓力之前的狀態，圖IOC示出施加有壓力的墨 從壓力腔室被排出的狀態，圖IOD示出排墨完成的狀態，圖10E示出 墨即將被吸入壓力腔室中之前的狀態，並且圖10F示出墨被吸入壓力 腔室中的狀態。圖IIA到UF示出生產泵的步驟，其中圖IIA示出形成流動通道 的步驟，圖IIB示出形成振動板的凹槽的步驟，圖11C示出形成壓電 材料層的步驟，圖IID示出從凹槽的表面去除壓電材料的步驟，圖11E 示出布置電極的步驟，並且圖11F示出接合基部構件和壓電致動器的 步驟。圖12所示的剖視圖示出與圖3相對應的第一變型實施例的泵。圖13所示的剖視圖示出與圖3相對應的第二變型實施例的泵。圖14所示的平面圖示出第三變型實施例的泵。圖15示出沿圖14中所示的線XV-XV的剖視圖。圖16所示的平面圖示出第四變型實施例的泵。圖17示出沿圖16中所示的線XVII-XVII的剖視圖。圖18所示的平面圖示出第五變型實施例的泵。圖19示出沿圖18中所示的線XIX-XIX的剖視圖。圖20所示的平面圖示出第六變型實施例的泵。圖21所示的剖視圖示出沿圖20中所示的線XXI-XXI的剖視圖。圖22示出沿圖20中所示的線XXII-XXII的剖視圖。圖23所示的平面圖示出第七變型實施例的泵。圖24示出沿圖23中所示的線XXIV-XXIV的剖視圖。圖25所示的平面圖示出第八變型實施例的泵。圖26示出沿圖25中所示的線XXVI-XXVI的剖視圖。圖27示出沿圖25中所示的線XXVII-XXVII的剖視圖。圖28示出沿圖25中所示的線XXVIII-XXVIII的剖視圖。圖29所示的剖視圖示出與圖3相對應的第九變型實施例的泵。圖30所示的平面圖示出第十變型實施例的泵。圖31示出沿圖30中所示的線XXXI-XXXI的剖視圖。圖32示出沿圖30中所示的線xxxn-xxxn的剖視圖。 圖33示出沿圖30中所示的線xxxni-xxxin的剖視圖。圖34所示的平面圖示出第十一變型實施例的泵。 圖35示出沿圖34中所示的線XXXV-XXXV的剖視圖。 圖36所示的平面圖示出第十二變型實施例的泵。 圖37示出沿圖36中所示的線XXXVII-XXXVII的剖視圖。 圖38所示的平面圖示出第十二變型實施例的泵。 圖39示出沿圖38中所示的線XXXIX-XXXIX的剖視圖。 圖40所示的平面圖示出第十三變型實施例的泵。 圖41示出沿圖40中所示的線XXXXI-XXXXI的剖視圖。 圖42示出沿圖40中所示的線XXXXII-XXXXII的剖視圖。 圖43示出沿圖40中所示的線XXXXIII-XXXXIII的剖視圖。 圖44示出本發明被應用於用於將液體燃料輸送到燃料電池的泵 的實例。
具體實施方式
將解釋本發明的一個實施例。該實施例是本發明被應用到用於將 墨輸送到噴墨印表機的噴墨頭的泵的實例。首先，將簡要解釋該實施例的噴墨印表機100。如圖1所示，噴 墨印表機100設有例如滑架l，滑架1可在圖1的左右方向上移動； 串行式噴墨頭2，串行式噴墨頭2設置在滑架11上並且朝記錄紙P噴 墨；輸送輥3，輸送輥3沿圖1的向前方向輸送記錄紙P;存儲墨的墨 容器4;泵5，泵5將墨容器4中的墨供應到噴墨頭2;以及控制器6(見15圖9)，控制器6控制包括例如噴墨頭2和輸送輥3在內的印表機100 的各個構件。可與滑架1 一起沿掃描方向移動的副墨容器7布置在噴墨頭2之 上或其上方。而且，副墨容器7通過管8和泵5連接到墨容器4。存儲 在墨容器4中的墨被泵5加壓，並且通過管8被輸送到副墨容器7。墨 一度被存儲在副墨容器7中，然後被供應到噴墨頭2。當噴墨頭2與滑架1 一起沿著圖1所示的左右方向移動的同時， 從副墨容器7供應的墨被噴墨頭2從布置在噴墨頭2的下表面上的噴 嘴(未示出)朝向記錄紙P噴射。輸送輥3沿圖1所示的向前方向輸送記 錄紙P。噴墨印表機100構造成使得當通過用控制器6控制噴墨頭2從 噴嘴朝向記錄紙P噴墨時，輸送輥3被控制成沿向前方向輸送記錄紙P， 並且由此在記錄紙P上記錄所期望圖像、字母等。在縮回位置處以可沿著豎直方向移動的方式布置蓋9，該縮回位 置位於來自輸送記錄紙P的記錄紙輸送區域的記錄紙的寬度方向上的 一側(如圖1中示出的左側)。蓋9能夠覆蓋移動到縮回位置的噴墨頭2 的下表面(噴墨表面)。在該布置中，當由於例如包括噴嘴的噴墨頭2中 的墨流動通道中的氣泡或者灰塵汙染而引起噴嘴堵塞時，執行清洗操 作，以在噴墨頭2的噴墨表面被蓋9覆蓋的狀態下強制地從噴嘴排墨。 更特別地，墨被泵5加壓，以達到比正常供墨時所採用的壓力高的壓 力，並且墨被供應到噴墨頭2。因此，墨以比記錄期間所採用的壓力高 的壓力從噴嘴噴出，使得汙染噴墨頭2的氣泡、灰塵等與墨一起排出。 排出管10連接到蓋9。按照清洗操作被噴到蓋9中的墨通過排出管10 排到蓋9的外部。下面，將參考圖2到圖5解釋用於將墨容器4中的墨輸送到副墨 容器7的泵5(液體輸送設備)。圖2所示的平面圖示出泵。圖3示出沿 圖2中所示的線III-III的剖視圖。圖4示出沿圖2中所示的線IV-IV的剖視圖。圖5示出沿圖2中所示的線V-V的剖視圖。在進行解釋時，在圖2的紙平面中指向前方的方向被定義為上方向，並且圖2中的水平方向被定義為左右方向。如圖2到圖5所示，泵5設有基部構件20，基部構件20具有沿 其上表面形成的墨流動通道22以及布置在基部構件20的上表面上的 壓電致動器21。首先，將解釋基部構件20。圖6示出基部構件20的平面圖。如 圖2和圖6所示，基部構件20是具有矩形平面形狀的板形構件。包括 例如金屬材料、合成樹脂材料和矽的各種材料能夠用於基部構件20。 然而，當基部構件20由金屬材料例如不鏽鋼形成時，能夠通過蝕刻容 易地形成墨流動通道22。形成在基部構件20的上表面上的墨流動通道22由壓力腔室23以 及與壓力腔室23連通的供墨流動通道24和排墨流動通道25(液體流動 通道)構成。壓力腔室23形成為在基部構件20的上表面的中央部分處 具有凹進形式。具有凹進形式的供墨流動通道24形成於在壓力腔室23 的左側處設置在基部構件20的上表面上的區域中。供墨流動通道24 從形成在基部構件20的左端處的供墨口26延伸到壓力腔室23的左端。 另一方面，具有凹進形式的排墨流動通道25形成於在壓力腔室23的 右側處設置在基部構件20的上表面上的區域中。排墨流動通道25從 壓力腔室的右端延伸到形成在基部構件20的右端處的排墨口 27。換言 之，供墨流動通道24、壓力腔室23和排墨流動通道25布置成在沿著 基部構件20的上表面的直線上延伸。供墨口26通過管8連接到圖1所示的墨容器4。另一方面，排墨 口 27通過管8連接到圖l所示的副墨容器7。因此，從設置在基部構 件20的左端處的供墨口 26流入的墨經過供墨流動通道24，並且墨被 供給到壓力腔室23。而且，壓力通過將在後面描述的壓電致動器21施加到流入壓力腔室23中的墨。此後，墨通過排墨流動通道25，從設置 在右端處的排墨口 27排出，並且輸送到副墨容器7。如圖2所示，供墨流動通道24和排墨流動通道25具有比壓力腔 室23窄的流動通道寬度(與作為墨輸送方向的左右方向垂直的水平方 向上的長度，即圖2所示的上下方向上的長度)。而且，供墨流動通道 24和排墨流動通道25形成為具有如下的形狀，該形狀使得相對於供 墨口 26和排墨口 27，流動通道的寬度在連接部分處變窄。供墨流動通 道24和排墨流動通道25的流動通道形狀關於壓力腔室23是雙側對稱 的。結果，墨流動通道22在設置在中央部分處的壓力腔室23處具有 最大流動通道寬度，以提供如下的流動通道形狀，該流動通道形狀使 得流動通道寬度在從壓力腔室23開始更加靠近置於左端處的供墨口26 以及置於右端處的排墨口 27的部分處變窄。為了使得當通過在後面描述的壓電致動器21向壓力腔室23中的 墨施加壓力時能夠立即輸送大量的墨，壓力腔室23的流動通道橫截面 積(與作為墨輸送方向的左右方向垂直的豎直平面中的橫截面積)必須 增加，以在一定程度上保證壓力腔室23的容積。另一方面，對於供墨 流動通道24和排墨流動通道25，優選的是，流動通道橫截面積小到如 下的程度，即流動通道阻力不過度增加使得能夠容易和快速地用壓電 致動器21打開和關閉流動通道。因此，供墨流動通道24和排墨流動通道25的流動通道橫截面積 比壓力腔室23的流動通道橫截面積小。具體而言，如圖2、圖4和圖 5所示，供墨流動通道24和排墨流動通道25中的每一個的流動通道寬 度和流動通道深度均分別小於壓力腔室23的流動通道寬度和流動通道 深度。而且，與在後面描述的壓電致動器21的開閉部分31相配合地關 閉供墨流動通道24的閥座28設置在供墨流動通道24的沿左右方向fe18中部處。如圖5所示，閥座28的上表面形成為提供光滑的凹形曲面， 該凹形曲面在沿其寬度方向的中央部分處最深。類似地，與供墨流動通道24的閥座28具有相同形狀的閥座29也設置在排墨流動通道25 沿左右方向的中部處。下面將解釋壓電致動器21。如圖2到圖5所示，壓電致動器21 具有向容納在壓力腔室23中的墨施加壓力以輸送墨的壓力施加部分 30、以及分別打開和關閉供墨流動通道24和排墨流動通道25的開閉 部分31、 32。壓電致動器21的壓力施加部分30和開閉部分31由通過層疊包括 壓電材料層36的多個層而提供的疊層33構成。更具體而言，疊層33 包括振動板35，振動板35布置在基部構件20的上表面上；壓電材 料層36，壓電材料層36形成在振動板35的上表面(設置在不面對基部 構件20的一側的表面)上；驅動電極37(第一電極)，驅動電極37形成 在壓電材料層36上表面的與壓力腔室23相對的區域中；以及兩個流 動通道開閉電極38、 39(第二電極)，電極38、 39分別形成在與供墨流 動通道24和排墨流動通道25相對的區域中。振動板35是具有與基部構件30相同的矩形平面形狀的金屬板。 振動板35例如由鐵基合金如不鏽鋼、銅基合金、鎳基合金或者鈦基合 金形成。在基部構件20的上表面從上部位置覆蓋有壓力腔室23、供墨 流動通道24、和排墨流動通道25的狀態下，振動板35接合到基部構 件20的上表面。導電的振動板35的上表面與驅動電極37及兩個流動 通道開閉電極38、 39相對，壓電材料層36介入振動板35的上表面與 驅動電極37及兩個流動通道開閉電極38、 39之間。相對於電極37到 39，振動板35的上表面也用作公共電極(第三電極)，用於在壓電材料 層36中沿著厚度方向產生電場。根據該布置，無需與振動板35不同 地在壓電材料層36的下側形成任何公共電極。因此，壓電致動器21 的結構被相應地簡化。圖7所示的平面圖示出振動板35。圖8所示的沿線vin-vin的剖視圖示出振動板35。如圖2、 3、 7和8所示，在振動板35的分別面對 位於壓力腔室23和供墨流動通道24之間的邊界、以及位於壓力腔室 23和排墨流動通道25之間的邊界的上表面(設置在位於不面對基部構 件20的一側上的表面)區域中形成凹槽40、 41。而且，還分別在振動 板35上表面的面對從供墨流動通道24的閥座28的上遊側(左側)、以 及從排墨流動通道25的閥座29的下遊側(右側)的區域中形成凹槽42、 43。四個凹槽40到43在沿墨流動通道22寬度方向的整個區域(壓力腔 室23、供墨流動通道24、和排墨流動通道25)延伸。換言之，在形成四個凹槽40到43的部分處，振動板35的厚度局 部變薄並且剛度降低。振動板35的面對壓力腔室23的部分、面對供 墨流動通道24的閥座28的部分、以及面對排墨流動通道25的閥座29 的部分被作為剛度降低部分的凹槽40到43隔開。在振動板35的上表面上形成由作為鈦酸鉛和鋯酸鉛的固體溶液 提供且含有鋯鈦酸鉛(PZT)的主要組分的壓電材料構成的壓電材料層 36。與四個凹槽40到43具有相同的平面形狀的四個通孔45到48穿 過壓電材料層36形成為使得四個通孔45到48分別面對凹槽40到43。 換言之，在振動板35上表面的除了形成四個凹槽40到43的區域之外 的整個區域上形成壓電材料層36。如圖2所示，驅動電極37具有布置在壓電材料層36上表面的面 對壓力腔室23的相對於流動通道寬度方向的中央部分的區域中的矩形 平面形狀。另一方面，兩個流動通道開閉電極38、 39具有沿左右方向 的長度比驅動電極37沿左右方向的長度短的細長矩形平面形狀，這些 細長矩形平面形狀分別布置在面對兩個閥座28、 29的沿流動通道寬度 方向的中央部分的區域中。三個電極37、 38、 39的每一個由導電材料 例如金、銅、銀、鈀、鉑和鈦構成。另外，在壓電材料層36的上表面上形成三根配線50、 51、 52， 它們相互獨立並且分別從驅動電極37和兩個流動通道開閉電極38、 39 被引到不面對墨流動通道22(壓力腔室23、供墨流動通道24和排墨流 動通道25)的區域。驅動電極37和兩個流動通道開閉電極38、 39分別 通過三根布線50到52連接到驅動器IC60(驅動器，見圖9)。雖然沒有 在圖中特別地示出，但還用作公共電極的振動板35也連接到驅動器 IC60。驅動器IC60構造如下。g卩，振動板35總是被保持在地電位(第 一電位)。而且，分別基於從噴墨印表機100的控制器6饋送的控制信 號、地電位(第一電極)、以及與地電位不同的預定驅動電位(第二電位) 被選擇性地施加到驅動電極37和兩個流動通道開閉電極38、 39。驅動 電極37和流動通道開閉電極38、 39布置在相同平面(壓電材料層36 的上表面)上。因此，與電極37、 38、 39相對應的電極(第三電極，即 本實施例中的振動板30的上表面)能夠公共地用於壓力施加部分30和 開閉部分31、 32。當從驅動器IC60向布置在壓電材料層36的上表面上的電極(驅動 電極37或者流動通道開閉電極38、 39)施加驅動電位時，提供一種狀 態，該狀態使得在被施加驅動電位的電極與保持在地電位的用作設置 壓電材料層36的下側的公共電極的振動板35之間電位彼此不同。因 此，在介於設置於上側的電極和設置於下側的振動板35之間的壓電材 料層36中沿著厚度方向產生電場。在這種情形下，當壓電材料層36 的極化方向與電場方向相同時，則壓電材料層36沿著作為極化方向的 厚度方向伸長，並且壓電材料層36沿著與厚度方向垂直的平面方向收 縮(橫向壓電效應)。在該布置中，振動板35在不面對墨流動通道22的 區域中接合到基部構件20，並且其變形受到限制。因此，當壓電材料 層36沿著平面方向收縮時，則面對墨流動通道22的振動板35部分翹 曲，並且該部分變形成朝向下側突出(朝向基部構件20側)。換言之，在地電位被施加到驅動電極37的狀態下，壓電材料層36在面對壓力腔室23的區域中不變形。因此，振動板35平行於基部 構件20的上表面，如圖4中實線所示。從該狀態開始，當驅動電位被 施加到驅動電極37時，則振動板35變形成朝向基部構件20(朝壓力腔 室23)突出，如圖4中的雙點劃線所示，並且壓力腔室23的容積因此 降低。相應地，壓力被施加到壓力腔室23中的墨。根據以上所述，疊 層33的面對壓力腔室23的部分(包括驅動電極37的部分)構成向壓力 腔室23中的墨施加壓力以輸送墨的壓力施加部分30。在地電位被施加到流動通道開閉電極38的狀態下，壓電材料層 36在面對供墨流動通道24的區域中不變形。因此，振動板35平行於 基部構件20的上表面，如圖5中實線所示。在這種情形下，在振動板 35和為供墨流動通道24設置的閥座28的上表面之間形成間隙。供墨 流動通道24處於打開狀態。另一方面，當驅動電位被施加到流動通道 開閉電極38時，振動板35變形成朝向基部構件20(朝向供墨流動通道 24)突出，如圖5中的雙點劃線所示。在該布置中，為供墨流動通道24 設置的閥座28的上表面預先形成為具有與振動板35的突出變形相對 應的凹進形式。因此，變形成朝向基部構件20突出的振動板35在基 本粘附於閥座28或者與閥座28形成緊密接觸的狀態下鄰接與突起相 對應的凹進閥座28。供墨流動通道24被可靠地關閉(關閉狀態)。例如， 當流動通道開閉電極38沿流動通道寬度方向的長度為10mm到15mm 時，振動板35在朝向基部構件20的方向中的變形量可以是0.05mm到 O.lmm。根據以上所述，疊層33的面對供墨流動通道24的部分(包括 流動通道開閉電極38的部分)構成打開和關閉供墨流動通道24的開閉 部分31。類似地，在地電位被施加到流動通道開閉電極39的狀態下，在振 動板35和閥座29之間存在間隙。因此，排墨流動通道25處於打開狀 態。當向流動通道開閉電極39施加驅動電位時，則振動板35變形而 突出，並且允許振動板35基本與凹進的閥座29緊密接觸。因此，.排 墨流動通道25處於關閉狀態。因此，疊層33的面對排墨流動通道25的部分(包括流動通道幵閉電極39的部分)構成打開和關閉排墨流動通道25的開閉部分32。如上所述，壓力施加部分30由疊層33的面對壓力腔室23的部分 構成，而開閉部分31、 32由疊層33的面對供墨流動通道24和排墨流 動通道25的部分構成。結果，如圖3所示，壓電致動器21具有將壓 力施加部分30和兩個開閉部分31、 32沿著基部構件20的上表面(在一 個平面上)布置的結構。驅動器IC60通過獨立的配線50到52連接到驅動電極37和兩個 流動通道開閉電極38、 39。在該布置中，驅動電位以預定定時被分別 施加到三個驅動電極37到39，並且壓力施加部分30和開閉部分31、 32因此被相互獨立地驅動。因此，能夠獨立地通過壓力施加部分30施 加壓力以及通過開閉部分31、 32打開和關閉流動通道24、 25。如上所述，四個凹槽40到43形成在振動板35的上表面(位於不 面對基部構件20的一側上的表面)上。振動板35的分別面對壓力腔室 23、供墨流動通道24的閥座28、以及排墨流動通道25的閥座29的部 分被凹槽40到43彼此隔開。而且，四個凹槽40到43的表面上不形 成壓電材料層36。換言之，分別在壓力施加部分30和幵閉部分31、 32的沿墨輸送方向(左右方向)的兩端處設置使疊層33的厚度局部變薄 且剛度降低的部分。當用於構造疊層33的振動板35和壓電材料層36的剛度如上所述 在彼此相鄰設置的壓力施加部分30和開閉部分31、 32之間局部降低 時，當向電極施加驅動電位時引起的壓電材料層36和振動板35的變 形幾乎不被傳遞。換言之，壓電材料層36和振動板35的變形的相互 幹擾被抑制在壓力施加部分30和開閉部分31、 32之間。因此，能夠 保證壓力施加部分30和開閉部分31、 32的獨立操作。換言之，在壓 力施加部分30和開閉部分31、 32的兩端處布置剛度降低部分的事實意味著如下的事實，即在設置於當面對電極時壓電材料層36自然地變 形的區域(驅動區域)的兩側上的被驅動區域中，剛度降低。當被驅動區 域如上所述具有低剛度時，振動板易於更大地變形。因此，能夠通過 使用小的驅動電位來增加振動板的變形量。因此，能夠高效地驅動壓力施加部分30和開閉部分31、 32。下面將參考圖9所示的框圖簡要地描述控制包括上述的泵5的噴 墨印表機IOO(見圖l)的各個部分的操作的控制器6。控制器6管理對噴 墨印表機100的各種操作的控制，這些操作包括例如滑架1的往復操 作、噴墨頭2的噴墨操作、通過輸送輥3輸送記錄紙P的操作以及通 過泵5的墨輸送操作。控制器6設有例如作為中央&理單元或者中央 處理器的CPU(中央處理單元)、存儲例如用於控制噴墨印表機100的程 序和數據的ROM(只讀存儲器)以及暫時地存儲將由CPU處理的數據的 RAM(隨機存取存儲器)。控制器6基於例如與從PC(個人計算機)輸入的記錄圖像有關的數 據來控制用於往復地驅動滑架1、噴墨頭2的滑架驅動馬達61、以及 用於驅動輸送輥3的輸送馬達62，以便在記錄紙P上記錄例如所期望 的圖像。而且，控制器6控制泵5的壓電致動器21(特別是驅動器IC60)， 使得存儲在墨容器4中的墨被泵5供應到噴墨頭2。下面，將參考圖IO解釋利用泵5的墨輸送操作的實例。在圖10 中，符號"+ "表示電極電位為驅動電位的狀態，並且符號"GND"表 示電極電位為地電位的狀態。首先，如圖10A所示，當泵5的操作停止時，三個電極37到39 即壓力施加部分30的驅動電極37和開閉部分31、 32的流動通道開閉 電極38、 39的所有電位被驅動器IC60保持在地電位。在三個電極37 到39與作為公共電極的振動板35之間不產生任何電位差。因此，壓 電材料層36中不產生會由橫向壓電效應引起的收縮。振動板35平行於基部構件20的上表面。在這種情形下，在振動板35與供墨流動通道24和排墨流動通道25的閥座28、 29之間形成間隙。供墨流動通道 24和排墨流動通道25均處於打開狀態。從該狀態開始，當面對供墨流動通道24的流動通道開閉電極38 的電位如圖10B所示被驅動器IC60切換到驅動電位時，振動板35變 形成在開閉部分31處朝向基部構件20突出。在這種情形下，允許振 動板35基本上與形成為具有凹進形式的閥座28的上表面緊密接觸， 並且振動板35和閥座28之間的間隙被堵塞。因此，供墨流動通道24 被關閉。另外，如圖10C所示，當面對壓力腔室23的驅動電極37的電位 被驅動器IC60切換到驅動電位時，振動板35變形成在壓力施加部分 30處朝向基部構件20突出。相應地，壓力腔室23的容積減小。因此， 壓力被施加到壓力腔室23中的墨，並且墨從壓力腔室23被排到排墨 流動通道25。在這種情形下，設置在壓力腔室23的上遊側的供墨流動 通道24被開閉部分31關閉。因此，不允許壓力腔室23中產生的壓力 波逃逸到供墨流動通道24。因此，能夠高效地輸送墨。隨後，如圖10D所示，與從壓力腔室23的排墨結束的定時一致， 面對排墨流動通道25的開閉部分32的流動通道開閉電極39的電位被 切換到驅動電位。相應地，振動板35變形而在開閉部分32處朝向基 部構件20突出，並且允許振動板35基本上與閥座29的上表面緊密接 觸。因此，排墨流動通道25被關閉。隨後，如圖10E所示，當面對供墨流動通道24的電極38的電位 被驅動器IC60切換到地電位時，供墨流動通道24再次打開。而且， 如圖10F所示，當面對壓力腔室23的驅動電極37的電位被切換到地 電位時，則振動板35在壓力施加部分30處恢復為具有平面形狀，並 且壓力腔室23的容積增加。在這種情形下，排墨流動通道25被開閉25部分32關閉。相應地，隨著壓力腔室23容積的增加，壓力腔室23中 的墨的壓力突然降低，並且允許墨從供墨流動通道24流入壓力腔室23 中。之後，供墨流動通道24被開閉部分31再次關閉。而且，排墨流 動通道25被開閉部分32打開(圖IOB)，然後由壓力施加部分30向壓 力腔室23中的墨施加壓力(圖IOC)。如上所述， 一系列的操作被重複進行從而在壓力腔室23中對從供 墨流動通道24供應到壓力腔室23內的墨施加壓力，並且墨從排墨流 動通道25排出。因此，在墨容器4中容納的墨被輸送到副墨容器7。下面，將參考圖11解釋用於生產該實施例的泵5的方法。首先， 如圖IIA所示，在基部構件20的上表面上形成壓力腔室23，並且在基 部構件20的上表面上形成與壓力腔室23連通且具有比壓力腔室23的 流動通道橫截面積小的流動通道橫截面積的供墨流動通道24和排墨流 動通道25(流動通道形成步驟)。在該過程中，當基部構件20為金屬板 時，能夠通過蝕刻容易地形成包括閥座28、 29的具有比較複雜形狀的 墨流動通道22。與流動通道形成步驟同時地生產將布置在基部構件20的上表面 上的壓電致動器21(致動器生產步驟)。首先，如圖IIB所示，利用在 由金屬材料形成的振動板35的上表面上蝕刻來形成被提供用來局部地 降低振動板35的剛度的四個凹槽40到43。隨後，如圖11C所示，在已經形成四個凹槽40到43的振動板35 的上表面的整個區域上形成壓電材料層36(壓電材料層形成步驟)。在該 過程中，在壓電材料層形成步驟中，能夠通過在振動板35的上表面上 沉積壓電材料粒子來同時地分別形成面對壓力腔室23的壓力施加部分 30的壓電材料層36a、以及面對供墨流動通道24和排墨流動通道25 的開閉部分31、 32的壓電材料層36b、 36c。例如，能夠採用允許通過 混合載體氣體和由壓電材料構成的粒子而製備的浮質在高速下碰撞薄來由此沉積粒子的浮質沉積(AD)方法作為用於形成壓電材料層36的指定方法。或者，還能夠使用濺射方法和化學氣 相沉積(CVD)方法。此後，如圖11D所示，已經沉積在四個凹槽40到43的表面上的 壓電材料通過例如照射雷射被去除，以形成分別與四個凹槽40到43 相對應的四個通孔45到48。或者，在圖11C所示的壓電材料層形成步驟中，可在振動板35 的上表面上布置僅僅覆蓋四個凹槽40到43的掩模材料，然後可在振 動板35上表面沒有被掩模材料覆蓋的區域中沉積壓電材料的粒子。在 該過程的情形中，振動板35的凹槽40到43的表面上不沉積壓電材料。 因此，不必通過雷射等執行去除設置在凹槽表面上的壓電材料的步驟。隨後，如圖11E所示，分別在置於四個凹槽40到43之間的壓電 材料層36的上表面的部分36a到36c處形成電極37到39(電極布置步 驟)。艮卩，驅動電極37在壓力施加部分30的壓電材料層36a的上表面 上形成為面對壓力腔室23。而且，流動通道開閉電極38、 39在開閉部 分31、 32的壓電材料層36b、 36c的上表面上形成為分別面對供墨流 動通道24和排墨流動通道25。在該過程中，例如，當使用絲網印刷方法時，驅動電極37和兩個 流動通道開閉電極38、 39能夠立即在壓電材料層36的上表面上形成。 或者，驅動電極37和流動通道開閉電極38、 39可形成為使得在壓電 材料層36的整個表面上例如通過氣相沉積方法形成導電薄膜，並且然 後例如通過雷射去除設置在不需要的區域上的任何導電層。如上所述， 在該實施例中，振動板35的上表面還用作面對設置在壓電材料層36 的上表面上的三個電極37到39的公共電極(第三電極)。因此，在壓電 材料層36的下側形成公共電極的步驟被省去。根據如上所述的步驟， 生產了具有如下結構的壓電致動器21，該結構使得壓力施加部分30和開閉部分31、 32沿著一個平面布置。振動板35的凹槽40到43可以在上表面和下表面的任何一個上形 成。然而，特別地，當凹槽40到43在振動板35的上表面上形成時， 能夠沿著相同的方向(從上側)執行包括在生產致動器的步驟中的所有 的這些多個步驟(形成振動板35的凹槽40到43(圖IIB)、形成壓電材 料層36(圖11C)、利用雷射等從凹槽表面去除壓電材料(圖IID)，以及 形成電極(圖IIE))。因此，容易生產壓電致動器21，並且能夠縮短步 驟。最後，如圖11F所示，在基部構件20的上表面上安裝壓電致動器 21，使得壓力施加部分30面對壓力腔室23，開閉部分31、 32面對供 墨流動通道24和排墨流動通道25，並且振動板35的下表面和基部構 件20的上表面通過使用例如粘結劑而相互接合。根據以上所述，泵5 的生產完成。根據如上所述的該實施例的泵5，獲得了以下的效果。該實施例 的泵5具有向壓力腔室23中的墨施加壓力的壓力施加部分30以及分 別打開和關閉與壓力腔室23連通的供墨流動通道24和排墨流動通道 25的開閉部分31、 32。壓力施加部分30和開閉部分31、 32相互獨立 地被驅動。因此，利用壓力施加部分30以適當的定時向壓力腔室23 中的墨施加壓力，同時分別利用開閉部分31、 32打開和關閉供墨流動 通道24和排墨流動通道25。因此，能夠高效地輸送墨。與迄今為止廣 泛用作液體輸送泵的機械泵(例如，管泵和注射泵)不同，在壓電致動器 21中不存在任何滑動部分。因此，還獲得使得操作其間產生的噪音較 小的優點。而且，壓電致動器21具有包括例如允許沿著基部構件20的一個 表面延伸的振動板35、壓電材料層36以及電極37到39的疊層33。 疊層33的面對壓力腔室23的部分是壓力施加部分30。疊層33的面對供墨流動通道24和排墨流動通道25的部分分別是開閉部分31、 32。 結果，壓力施加部分30和開閉部分31、 32沿著基部構件20的一個表 面被布置在相同平面上。因此，壓電致動器21的結構比將壓力施加部 分和開閉部分布置在不同平面上的任何三維結構都簡單。通過製成緊 湊的壓電致動器21,能夠提供小尺寸的泵5。能夠通過在基部構件20的上表面上層疊包括振動板35、壓電材 料層36以及電極37到39的多個層來同時生產位於相同平面上的壓力 施加部分30和開閉部分31、 32。特別地，當在壓電材料層形成步驟中 採用在振動板35的上表面上沉積壓電材料粒子的方法時，壓力施加部 分30和開閉部分31、 32的壓電材料層36能夠同時形成在振動板35 上。因此，能夠簡化生產壓電致動器21的步驟。下面將說明變型實施例，在這些變型實施例中，對上述實施例作 出了各種修改。然而，以與在上述實施例中相同的方式構造的那些部 分用相同的參考數字指代，並且將適當地省略它們的任何解釋。在上述實施例中，凹槽40到43形成在壓力施加部分30和開閉部 分31、 32的兩端處。在這種狀態下，與凹槽40到43對應的通孔45 到48形成為穿過壓電材料層36(見圖3)。然而，如圖12所示，也允許 不在振動板35A上形成凹槽，並且僅僅四個通孔45到48形成為穿過 壓電材料層36(第一變型實施例)。或者，如圖13所示，也允許在振 動板35B上不形成任何凹槽，並且四個凹槽45B到48B替代第一變型 實施例的四個通孔45到48形成在壓電材料層36B上(第二變型實施 例)。即使當僅僅為壓電材料層形成通孔和/或凹槽時，用於構造壓電致 動器的疊層的剛度也在一定程度上降低。因此，獲得一種效果，使得 振動板的位移量增加，並且在壓力施加部分和開閉部分之間的相互幹 擾得以避免。當不必漸進地抑制在壓力施加部分和開閉部分之間的相互幹擾29加部分和開閉部分之間的距離足夠遠時，則不 必為用於構造壓電致動器的疊層提供任何剛度降低部分。換言之，如 圖14和15所示，也允許不為振動板35C形成任何凹槽，同樣不為壓電材料層36C形成通孔或者凹槽，並且在壓力腔室23、供墨流動通 道24和排墨流動通道25的整個範圍內連續地形成壓電材料層36C(第 三變型實施例)。在該布置中，不必執行為振動板形成凹槽的步驟、以 及為壓電材料層形成通孔和/或凹槽的步驟。因此，能夠簡化生產步驟。如圖16和17所示，被提供用於局部地降低疊層33D的剛度的凹 槽40D到43D可形成在振動板35D的下表面上(第四變型實施例)。然 而，在該布置中，如果任何氣泡混入墨中，則該氣泡趨於停留在凹槽 40D到43D中。因此，擔心不能通過壓力施加部分向墨施加所期望的 壓力。另一方面，當凹槽40到43如上述實施例中那樣形成在振動板 35的上表面(設置在不面對基部構件的一側上的表面)上時，振動板35 的與墨接觸的下表面是平坦表面。因此，氣泡幾乎不停留(見圖3)。從 該觀點來看，優選的是，凹槽形成在振動板的上表面上。在上述實施例中，壓電材料層36形成於位於包括例如壓力腔室 23的墨流動通道22外側的區域。因此，壓電材料層36的變形受到限 制，並且振動板35的位移量在面對墨流動通道22的區域中減小。因 此，如圖18和19所示，也允許壓電材料層36E僅僅形成在振動板35E 上表面的面對壓力腔室23和閥座28、 29的區域中(第五變型實施例)。同樣在第五變型實施例中，相互獨立的配線50E到52E從形成在 壓電材料層36E的上表面上的三個電極37到39引出。然而，配線50E 到52E不能被引到墨流動通道22外側的區域(利用被保持在地電位的 振動板35E的上表面引起傳導，因為在墨流動通道22外側的區域中不 存在壓電材料層36E，所以引起與被保持在地電位的振動板35E上表 面的傳導)。因此，第五變型實施例包括觸點，這些觸點在與電極相反 的一側上設於三根配線50E到52E的端部處，且例如通過FPC(柔性印刷電路板)形成在電極37到39和驅動器IC60之間的連接。這些觸點位 於面對墨流動通道22(壓力腔室23和閥座28、 29)的區域中。當從形成在壓電材料層的上表面上的電極引出配線時，在驅動電 位施加到電極時，在配線和振動板之間的壓電材料層中產生任何不必 要的靜電容量(寄生電容)。因此，如圖20到22所示，由具有比壓電材 料層36的介電常數低的介電常數的絕緣材料構成的絕緣層70可以形 成在壓電材料層36的上表面和配線50到52之間(第六變型實施例)。 絕緣層70能夠例如由陶瓷材料如氧化鋁和氧化鋯、或者樹脂材料例如 聚醯亞胺形成。設置在壓電材料層上表面上的電極被布置在面對壓力腔室23的 墨流動通道22的沿寬度方向的中央部分的區域中並非是必需的。例如， 如圖23和24所示，可在與壓電材料層36G的上表面的沿流動通道寬 度方向的一側對應的區域中布置電極37G到39G(第七變型實施例)。在 該布置中，當驅動電位被施加到電極37G到39G時，振動板35變形成 在布置有電極37G到39G的流動通道的沿寬度方向的一側朝向基部構 件20突出。壓電致動器可以如下構造。即，當驅動電位被施加到驅動電極或 流動通道開閉電極時，振動板變形成朝向不面對基部構件的一側突出。 當振動板如上所述變形時，供墨流動通道和/或排墨流動通道被打開。例如，在圖25到圖28所示的第八變型實施例的泵的情形中，分 別包括在壓力施加部分30H和開閉部分31H、 32H中的三種類型的電 極37H到39H被設置在壓電材料層36的上表面上。而且，電極37H 到39H中的每一個被分為布置在流動通道的沿寬度方向的兩端處的兩 個電極。即，電極37H被分為布置在分別與壓力腔室23的沿流動通道 寬度方向的兩端相對應的區域中的兩個電極37a、 37b。流動通道開閉 電極38H被分為布置在分別與供墨流動通道24的閥座28H的沿流動通道寬度方向的兩端相對應的區域中的兩個電極38a、 38b。而且，流動 通道開閉電極39H被分為布置在分別與排墨流動通道25的閥座29H 的沿流動通道寬度方向的兩端相對應的區域中的兩個電極39a、 39b。 分成兩個的電極(電極37a和電極37b、電極38a和電極38b、電極39a 和電極39b)通過比被劃分的電極薄的配線37c到39c相互傳導。換言 之，相同的電位被同時施加到分成兩個的電極。另一方面，分別為供墨流動通道24和排墨流動通道25形成在流 動通道24、 25的沿寬度方向的整個區域上延伸的壩形閥座28H、 29H。 如圖26所示，兩個閥座28H、 29H的頂表面(上表面)位於與基部構件 20的上表面的平面相同的平面上。當驅動電位被施加到被劃分的三種類型的電極37H到39H時，壓 電材料層36在布置有被劃分的電極的、與流動通道的沿寬度方向的兩 端相對應的區域中在平面方向上收縮。相應地，振動板35隨著壓電材 料層36在沿寬度方向的兩端處的收縮而在與流動通道沿寬度方向的中 央部分相對應的區域中變形而朝向上側(不面對基部構件20的一側)突 出。因此，如圖27中的雙點劃線所示，當驅動電位被施加到壓力施加 部分30H處的驅動電極37H，振動板35變形而沿向上方向突出時，則 壓力腔室23的容積增加。因此，允許墨流入壓力腔室23中。此後， 當地電位被施加到驅動電極37H時，則振動板35恢復成具有如圖27 中實線所示的平面形狀，並且壓力腔室23的容積減小。相應地，壓力 被施加到壓力腔室23中的墨。另一方面，當地電位(第一電位)被施加到與供墨流動通道24相對 應的開閉部分31H處的流動通道開閉電極38H時，則振動板35處於如 圖28實線所示的平坦狀態下，並且其下表面以緊密接觸方式鄰接壩形 閥座28H的頂表面。因此，供墨流動通道24被關閉。從該狀態開始，當驅動電位(第二電位)被施加到流動通道開閉電極38H並且振動板35 變形而如圖28中雙點劃線所示向上突出時，則振動板35的下表面與 閥座28H的頂表面分離。相應地，在振動板35在閥座28H之間形成間 隙。因此，供墨流動通道24被打開。類似地，當地電位被施加到與排墨流動通道25相對應的開閉部分 32H處的流動通道開閉電極39H時，則排墨流動通道25被關閉。另一 方面，當驅動電位被施加到流動通道開閉電極39H時，則在振動板35 和閥座29H的頂表面之間形成間隙，並且排墨流動通道25被打開。根據第八變型實施例的布置，閥座28H、 29H的頂表面具有平面 形狀就足夠了，並且不必處理這些頂表面。因此，與閥座被形成為具 有與振動板的突出變形相對應的凹進形式的上述實施例(見圖3和6)的 閥座28、 29相比，能夠容易地形成閥座。如上所述，第七變型實施例已被稱為壓電致動器的實例，在第七 變型實施例中，當驅動電位被施加到驅動電極和/或流動通道開閉電極 時，振動板變形成朝向不面對基部構件的一側突出。然而，即便在上 述實施例(見圖2到圖5)的壓電致動器21的電極結構的情形中，振動板 35也能夠變形成向上突出。然而，從驅動器IC60施加到驅動電極37 和流動通道開閉電極38、 39的驅動電位是比地電位低的負電位。當施 加該負電位作為上述的驅動電位時，作用在置於上、下電極之間的壓 電材料層36上的電場的方向與驅動電位為正的情形中相反，該方向與 極化方向相反。相應地，壓電材料層36沿平面方向伸長。結果，與上 述實施例相反，振動板35變形成朝向上側突出(朝向不面對基部構件 20的一側)。在上述實施例中，振動板35由具有導電性的金屬材料形成。振動 板35的上表面還用作與驅動電極37和流動通道開閉電極38、 39、相對 應的公共電極(第三電極)。然而，如圖29所示，可在壓電材料層36的下表面上設置與振動板35不同的被保持在地電位的公共電極72(第九變型實施例)。然而，當振動板35由導電材料形成時，將公共電極72 和振動板35電絕緣的絕緣層80被設置在公共電極72和振動板35的 上表面之間。絕緣層80能夠由陶瓷材料例如氧化鋁和氧化鋯、或者樹 脂材料例如聚醯亞胺形成。當振動板35由矽形成時，在振動板35的 上表面上形成氧化矽薄膜作為絕緣層80也是合適的。另一方面，當振 動板35由絕緣材料形成時，不必提供絕緣層80。如圖30到圖33所示，也可利用下面的布置。艮卩，在壓電材料層 36J的下表面上布置驅動電極37J(第一電極)和流動通道開閉電極38J、 39J(第二電極)。在壓電材料層36J的上表面上布置面對驅動電極37J 和流動通道開閉電極38J、 39J的電極82到84(第三電極)(第十變型實 施例)。同樣在第十變型實施例中，當振動板35由導電材料形成時，必 須在驅動電極37J及流動通道開閉電極38J、 39J與振動板35的上表面 之間設置將驅動電極37J及流動通道開閉電極38J、 39J與振動板35的 上表面電絕緣的絕緣層85。然而，通過僅僅允許電極82到84的端部 與保持在地電位的振動板35的上表面形成傳導，電極82到84能夠被 保持在地電位。另一方面，當振動板35由絕緣材料形成時，不必提供 絕緣層85。然而，必須不同地提供將電極82到84連接到驅動器IC60 以將它們保持在地電位的配線。在上述的實施例及其變型實施例中，驅動電極(第一電極)和流動通 道開閉電極(第二電極)都布置在壓電材料層的一個表面上，並且公共電 極(第三電極)布置在壓電材料層的另一表面上。然而，驅動電位和流動 通道開閉電極可以分別布置在壓電材料層的不同表面上。例如，如圖 36和圖37所示，驅動電極37可以被布置在壓電材料層36C的不面對 振動板35C的表面上，並且流動通道開閉電極38、 39可以布置在壓電 材料層36C的面對振動板35C的表面上。或者，如圖38和圖39所示， 驅動電極37可以布置在壓電材料層36C的面對振動板35C的表面上， 並且流動通道開閉電極38、 39布置在壓電材料層36C的不面對振動板335C的表面上。在這些布置中，分別面對驅動電極37和流動通道開閉 電極3S、 39的電極(第三電極)37'、 38'、 39'也被布置在相互不同的表面 上。壓力腔室、供墨流動通道以及排墨流動通道的形狀不限於上述實 施例的形狀。例如，如圖34和圖35所示，壓力腔室23K可具有圓形的平面形 狀(第十一變型實施例)。當壓力腔室23K為圓形、並且圓形驅動電極 37K被布置在與其中央部分相對應的區域中時，與壓力腔室為矩形的 情形相比，振動板35的中央部分的位移量即壓力腔室23K的容積變化 量增加。因此，壓力能夠高效地施加到墨。分別位於左側和右側的供墨流動通道和排墨流動通道可以形成為 關於壓力腔室具有非對稱形狀。同樣，並非特別地必須使供墨流動通 道、壓力腔室以及排墨流動通道布置在如圖2所示的直線上。當在平 面圖中觀察時，供墨流動通道和排墨流動通道可以布置成在壓力腔室 處摺疊的形式。在上述的實施例及其變型實施例中，振動板或者變形成朝向基部 構件突出，或者振動板變形成朝向不面對基部構件的一側突出。然而， 電極可布置成使得實現沿著允許振動板接近基部構件的方向以及允許 振動板與基部構件分離的方向突出的變形。在該布置中，例如，基部 構件的閥座可以形成為使得供墨流動通道和/或排墨流動通道通過使振 動板變形成沿著接近基部構件的方向突出而被關閉。例如，如圖40和圖41所示，包括在壓力施加部分30H和開閉部 分31H、 32H中的三種類型的電極37H到39H被設置在壓電材料層36 的上表面上。而且，在流動通道沿寬度方向的中央部分和兩端處布置 三個電極作為電極37H到39H的每一個。即，對於電極37H， ^別在壓力腔室23的沿流動通道寬度方向的中央部分和兩端處布置三個電極37a、 37b、 37d。對於流動通道開閉電極38H，分別在供墨通道24的閥 座28的沿流動通道寬度方向的中央部分和兩端處布置三個電極38a、 38b、 38d。另外，對於流動通道開閉電極39H，分別在排墨通道25的 閥座29的沿流動通道寬度方向的中央部分和兩端處布置三個電極39a、 39b、 39d。另一方面，與各個電極相對應的電極37a'、 37b'、 37d'、 38a'、 38b'、 38d'、 39a'、 39b'、 39d'被布置在壓電材料層36的下表面上。允許 設置在沿流動通道的寬度方向的兩端處的電極通過用於電極37H到 39H中的每一個的未示出的配線彼此形成傳導。相同的電位能夠同時 施加到形成傳導的電極。例如，對於電極37H，允許電極37a和電極 37b形成傳導，並且允許電極37a'和電極37b'形成傳導。對於電極38H， 以與上述相同的方式，允許電極38a和電極38b形成傳導，並且允許 電極38a'和電極38b'形成傳導。而且，對於電極39H，以與上述相同的 方式，允許電極39a和電極39b形成傳導，並且允許電極39a鄰電極 39b'形成傳導。在該狀態下，為了使得與振動板35的壓力施加部分30H相對應的 區域變形成沿著如圖42中雙點劃線所示的與基部構件分離的方向突 出，適當的是將預定電位施加到電極37a和電極37b，並且允許其它電 極37d、 37a'、 37b'、 37d'具有地電位。在這種情形下，電極37a和電極 37a'以及電極37b和電極37b'分別在壓力腔室23的沿流動通道寬度方 向的兩端處具有相互不同的電位。另一方面，電極37d和電極37d'在 壓力腔室23的沿流動通道寬度方向的中央部分處具有相同的電位。因 此，在壓力腔室23的沿流動通道寬度方向的兩端處產生了壓電效應， 並且振動板35變形成沿著與基部構件分離的方向突出。另一方面，為了使得與振動板35的壓力施加部分30H相對應的區 域變形成沿著如圖42中虛線所示的接近基部構件的方向突出，適當的 是將預定電位施加到電極37a、 37b、 37d和電極37a'、 37b'，並且允i午 電極37d'具有地電位。在這種情形下，電極37a和電極37a'以及電fe37b和電極37b'分別在壓力腔室23的沿流動通道寬度方向的兩端處具 有相同的電位。另一方面，電極37d和電極37d'在壓力腔室23的沿流 動通道寬度方向的中央部分處具有不同的電位。因此，在壓力腔室23 的沿流動通道寬度方向的中央部分處產生了壓電效應，並且振動板35 變形成沿著接近基部構件的方向突出。通過以與上述與壓力施加部分30H相對應的區域的情形相同的方 式向各個電極施加電位，與開閉部分31H、 32H相對應的振動板35的 區域能夠沿著與基部構件分離的方向(見圖43中的雙點劃線)和接近基 部構件的方向(見圖43中的虛線)變形。根據該布置，通過僅僅切換施加到每一個電極的電位，振動板能 夠變形成沿著與基部構件分離的方向和接近基部構件的方向突出。因 此，即便當採用相同的驅動電壓時，與振動板僅僅沿著與基部構件分 離的方向和接近基部構件的方向中的任何一個方向變形的布置相比， 也能夠保證振動板的大位移量。在上述實施例中，壓力腔室的流動通道寬度和流動通道深度均比 供墨流動通道和排墨流動通道的寬度和深度大，從而壓力腔室的流動 通道橫截面積大於供墨流動通道和排墨流動通道的流動通道橫截面 積。然而，可以壓力腔室的流動通道寬度和流動通道深度中的僅一個 大於供墨流動通道和排墨流動通道的寬度和深度。當流動通道寬度增 加時，振動板的面對壓力腔室的區域具有加寬的面積尺寸。因此，該 布置是優選的，因為壓力腔室的容積變化能夠隨振動板的變形而增加。在上述實施例中，壓電致動器設有用於分別打開和關閉供墨流動 通道和排墨流動通道的兩個開閉部分。然而，這兩個開閉部分中的任 何一個可被省去。即便在該布置中，當壓力腔室中的墨的壓力波動時， 則供墨流動通道和排墨流動通道中的一個被開閉部分關閉，並且因此 能夠在一定程度上避免壓力波從壓力腔室洩漏。因此，能夠高效地將壓力施加到壓力腔室中的墨。當下遊側的壓力高於上遊側的壓力時被 操作以避免任何回流的止回閥可以設置在省去了開閉部分的流動通道 中。而且，基部構件可以形成有壓力腔室和與壓力腔室連通的三個或 更多個流動通道。壓電致動器可以設有用於分別打開/關閉該三個或者 更多個連通的流動通道的三個或更多個開閉部分。如由其中本發明被應用到噴墨印表機的供墨泵的實施例的情形所示例的，已經在上面解釋了本發明。然而，可以應用本發明的形式不 限於此。例如，如圖44所示，本發明可以應用到設置在用於存儲液體燃料例如甲醇的燃料盒90和消耗液體燃料以產生電力的燃料電池91 之間並且將液體燃料輸送到燃料箱的泵95。除了以上所述，本發明還 可應用到用於在微全分析系統OiTAS)中輸送液體例如試劑溶液和/或生 物化學溶液的液體輸送設備，以及用於在微型化學系統中輸送液體例如溶劑和/或化學溶液的液體輸送設備。
權利要求
1.一種液體輸送設備，包括基部構件，該基部構件具有形成有壓力腔室和液體流動通道的表面，該液體流動通道與該壓力腔室連通，且具有比壓力腔室的流動通道橫截面積小的流動通道橫截面積；以及壓電致動器，該壓電致動器具有對壓力腔室中的液體施加壓力的壓力施加部分、以及打開和關閉液體流動通道的開閉部分，該壓電致動器由疊層形成，該疊層包括振動板，該振動板布置在基部構件的所述表面上，且覆蓋壓力腔室和液體流動通道；壓電材料層，該壓電材料層布置在振動板的位於不面對基部構件的一側的表面上；第一電極，該第一電極在壓電材料層的一個表面上布置在該表面的與壓力腔室對應的區域處；第二電極，該第二電極在壓電材料層的一個表面上布置在該表面的與液體流動通道對應的區域處；以及第三電極，該第三電極在壓電材料層上布置成面對第一電極和第二電極，其中該壓力施加部分面對壓力腔室，該開閉部分面對所述液體流動通道，並且壓力施加部分和開閉部分沿著基部構件的所述表面布置。
2. 根據權利要求1的液體輸送設備，其中在所述壓力施加部分和 所述開閉部分之間設置低剛度部分，在該低剛度部分處，所述疊層的 剛度局部降低。
3. 根據權利要求2的液體輸送設備，其中所述低剛度部分是在所 述振動板中形成在所述振動板的面對位於所述壓力腔室和所述液體流 動通道之間的邊界的區域處的凹槽。
4. 根據權利要求3的液體輸送設備，其中所述凹槽形成在所述振動板的位於不面對所述基部構件的所述一側的所述表面上。
5. 根據權利要求2的液體輸送設備，其中所述低剛度部分是在所 述壓電材料層中形成在所述壓電材料層的面對位於所述壓力腔室和所 述液體流動通道之間的邊界的區域處的凹槽或通孔。
6. 根據權利要求1的液體輸送設備，其中所述壓力腔室的流動通 道寬度大於所述液體流動通道的流動通道寬度。
7. 根據權利要求1的液體輸送設備，還包括分別通過獨立配線連 接到所述第一電極和所述第二電極的驅動器，其中該驅動器通過以預 定定時對所述第一電極和所述第二電極中的每個電極施加預定電位而 獨立地驅動所述壓力施加部分和所述開閉部分。
8. 根據權利要求7的液體輸送設備，其中所述預定電位包括彼此 不同的第一和第二預定電位；當第一預定電位從所述驅動器施加到所 述第二電極時，所述振動板在所述開閉部分處平行於所述基部構件的 所述表面，並且當第二預定電位施加到所述第二電極時，所述振動板 變形成在所述開閉部分處朝向所述基部構件突出；並且在所述基部構 件的所述液體流動通道中形成凹進閥座，該凹進閥座適合於所述振動 板朝向所述基部構件的突出變形，並且當所述振動板變形成朝向所述 基部構件突出從而鄰接該凹進閥座時，所述液體流動通道被關閉。
9. 根據權利要求8的液體輸送設備，其中所述第二電極在所述壓 電材料層的設置於不面對所述基部構件的一側的表面上布置在該表面 的面對所述液體流動通道的沿寬度方向的中央部分的區域處。
10. 根據權利要求7的液體輸送設備，其中所述預定電位包括彼 此不同的第一和第二預定電位；當第一預定電位從所述驅動器施加到所述第二電極時，所述振動板在所述開閉部分處平行於所述基部構件 的所述表面，並且當第二預定電位施加到所述第二電極時，所述振動 板變形成在所述開閉部分處朝向不面對所述基部構件的一側突出；並 且所述基部構件的所述液體流動通道具有壩形閥座，該壩形閥座沿著 寬度方向在整個液體流動通道上延伸，且具有位於與所述基部構件的 所述表面的平面相同的平面中的頂表面，並且當所述振動板變形成朝 向不面對所述基部構件的所述一側突出時，在所述振動板和閥座的該 頂表面之間形成間隙，以打開所述液體流動通道。
11. 根據權利要求IO的液體輸送設備，其中所述第二電極包括兩 個第二電極部分，這兩個第二電極部分在所述壓電材料層的位於不面 對所述基部構件的所述一側的表面上分別布置在該表面的如下區域 處，所述區域分別面對所述液體流動通道沿寬度方向的兩端。
12. 根據權利要求1的液體輸送設備，其中所述第一電極和所述 第二電極布置在所述壓電材料層的一個表面上，並且所述第三電極布 置在所述壓電材料層的另一個表面上。
13. 根據權利要求1的液體輸送設備，其中在所述壓電致動器中， 所述開閉部分包括第一和第二開閉部分；第一開閉部分打開和關閉所 述液體流動通道的相對於所述壓力腔室位於沿液體輸送方向的上遊側 的上遊部分，並且第二開閉部分打開和關閉所述液體流動通道的相對 於所述壓力腔室位於沿該液體輸送方向的下遊側的下遊部分。
14. 一種用於生產液體輸送設備的方法，包括在基部構件的表面上形成壓力腔室和液體流動通道，該液體流動 通道與該壓力腔室連通，且具有比壓力腔室的流動通道橫截面積小的 流動通道橫截面積；並且生產壓電致動器，該壓電致動器布置在該基部構件的所述表面上， 且包括壓力施加部分和開閉部分，該壓力施加部分對壓力腔室中的液體施加壓力，該開閉部分打開和關閉所述液體流動通道，其中，壓電 致動器的生產包括在振動板的不面對基部構件的一側上形成壓電材料層，振動板接 合到基部構件的所述表面，以覆蓋壓力腔室和液體流動通道；並且在壓電材料層的表面上分別在該表面的如下區域處布置第一電極 和第二電極，該表面面對壓力腔室和液體流動通道；並且壓電材料層的形成包括沉積壓電材料粒子，以同時形成面對壓力 腔室的壓力施加部分的壓電材料層、以及面對液體流動通道的開閉部 分的壓電材料層。
15. 根據權利要求14的用於生產液體輸送設備的方法，還包括接 合所述基部構件和所述壓電致動器。
16. 根據權利要求15的用於生產液體輸送設備的方法，其中所述 振動板是導電的。
17. 根據權利要求14的用於生產液體輸送設備的方法，其中所述壓電致動器的生產包括在形成所述壓電材料層之前，在所述振動板的位於不面對所述基部構件的所述一側的表面上布置第三電極，使得 該第三電極對應於所述壓力腔室和所述液體流動通道。
全文摘要
一種液體輸送設備，包括基部構件，該基部構件具有形成有壓力腔室和液體流動通道的表面，該液體流動通道與該壓力腔室連通，且具有比壓力腔室的流動通道橫截面積小的流動通道橫截面積；以及壓電致動器，該壓電致動器具有對壓力腔室中的液體施加壓力的壓力施加部分、以及打開和關閉液體流動通道的開閉部分。該壓力施加部分面對壓力腔室，開閉部分面對液體流動通道，並且壓力施加部分和開閉部分沿著基部構件的所述表面布置。
文檔編號F04B9/00GK101254702SQ20081000445
公開日2008年9月3日 申請日期2008年1月30日 優先權日2007年1月30日
發明者菅原宏人 申請人:兄弟工業株式會社