液体输送设备和用于生产液体输送设备的方法

专利名称：液体输送设备和用于生产液体输送设备的方法
技术领域：
本发明涉及一种输送液体的液体输送设备以及一种用于生产该液 体输送设备的方法。
背景技术：
迄今已知一种液体输送设备(压电泵)，它通过利用当施加电压(电 场)时产生的压电元件的变形向液体施加压力而输送液体。例如，在日 本专利申请特开平No.6-147104中描述的压电泵设有具有相同形状(圆 形形状)且相互连通的两个泵腔室；与设于下游侧的泵腔室连通且具有 与泵腔室相同形状的压力调节腔室；以及布置成分别从上部和下部覆 盖所述两个泵腔室的压电元件。对与每个泵腔室对应的压电元件施加 电压以引起变形，从而泵腔室的容积改变。因此，压力被施加到在泵 腔室中容纳的液体，并且因此输送液体。相对于压力调节腔室在上部 位置和下部位置处布置薄膜。通过薄膜的弹性变形在压力调节腔室中 调节从泵腔室供给的液体的压力。在日本专利申请特开昭No.64-32077中描述的压电泵(图2)设有泵 腔室、与泵腔室连通的液体供应通道及液体排放通道、以及分别与泵 腔室、液体供应通道及液体排放通道相对应地设置的三个压电换能器 或者振荡器(第一、第二和第三压电换能器)。与泵腔室相对应的第一压 电换能器布置成覆盖泵腔室。泵腔室的容积根据其变形而改变，以便向泵腔室中的液体施加压力。另一方面，第二和第三压电换能器分别 设置在液体供应通道和液体排放通道的中间部分处。液体供应通道和 液体排放通道根据其自身的变形而打开和关闭。在此情形中，液体供 应通道和液体排放通道沿着与泵腔室的侧壁垂直的水平方向从该侧壁延伸。因此，在日本专利申请特开昭No.64-32077中描述的压电泵具有 的三维结构使得设置成向泵腔室中的液体施加压力的第一压电换能器、以及分别打开和关闭液体供应通道和液体排放通道的第二和第三 压电换能器位于彼此不同的平面上。在日本专利申请特开平No.6-147104中描述的压电泵没有设置任 何用于当压电元件变形以向泵腔室中的液体施加压力时关闭设于泵腔 室上游侧的流动通道的装置。因此，即使当向泵腔室中的液体施加压 力时， 一部分压力波朝向上游侧泄漏。因此，输送效率不令人满意。 可以与压电泵有别地设置用于打开/关闭设于泵腔室上游侧的流动通道 的阀机构。然而，构件数目增加了，并且该结构也是复杂的，这对于 生产成本是不利的。在日本专利申请特开昭No.64-32077中描述的压电泵的情形中， 用于向泵腔室中的液体施加压力的第一压电换能器以及用于打开和关 闭液体供应通道和液体排放通道的第二和第三压电换能器未被布置在 相同平面上。为此，压电泵的结构复杂，并且难以使泵小型化。而且， 当生产泵时，必须在分开的步骤中布置第一压电换能器和第二及第三 压电换能器。步骤的数目增加，并且相应地，生产成本也增加。发明内容本发明的目的在于提供一种能够高效地输送液体、具有简单结构 并且还容易生产的液体输送设备。根据本发明的第一方面，提供一种液体输送设备，包括基部构 件，该基部构件具有形成有压力腔室和液体流动通道的表面，该液体流动通道与该压力腔室连通，且具有比压力腔室的流动通道横截面积 小的流动通道横截面积；以及压电致动器，该压电致动器具有对压力 腔室中的液体施加压力的压力施加部分、以及打开和关闭液体流动通 道的开闭部分，该压电致动器由叠层形成，该叠层包括振动板，该 振动板布置在基部构件的所述表面上，且覆盖压力腔室和液体流动通 道；压电材料层，该压电材料层布置在振动板的位于不面对基部构件 的一侧的表面上；第一电极，该第一电极在压电材料层的一个表面上 布置在该表面的与压力腔室对应的区域处；第二电极，该第二电极在 压电材料层的一个表面上布置在该表面的与液体流动通道对应的区域 处；以及第三电极，该第三电极在压电材料层上布置成面对第一电极 和第二电极，其中该压力施加部分面对压力腔室，该开闭部分面对所 述液体流动通道，并且压力施加部分和开闭部分沿着基部构件的所述 表面布置。在根据本发明第一方面的液体输送设备中，压电致动器的压力施 加部分响应于当在第一电极和第三电极之间产生电位差时引起的压电 材料层的变形而使覆盖压力腔室的振动板变形。因此，压力腔室的容 积改变，并且压力被施加到其中的液体。而且，开闭部分使覆盖液体 流动通道的振动板部分变形，使得液体流动通道响应于当在第二电极 和第三电极之间产生电位差时引起的压电材料层的变形而被打开/关 闭。因此，能够通过在开闭部分打开和关闭液体流动通道的同时利用 压力施加部分以适当的定时向压力腔室中的液体施加压力来高效地输 送液体。与迄今为止广泛用作液体输送泵的任何机械泵(例如，管泵和 注射泵)不同，在压电致动器中不存在滑动部分。因此，还获得在操作 期间产生的噪音小的优点。压电致动器还具有包括例如电极、压电材料层以及沿着基部构件 的一个表面延伸的振动板的叠层。面对压力腔室的叠层部分是压力施 加部分。面对液体流动通道的叠层部分是开闭部分。压力施加部分和 开闭部分沿着基部构件的一个表面布置在相同平面上。因此，压电致动器的结构被简化，压电致动器变得紧凑，因此液体输送设备能够被 小型化。而且，通过在基部构件的一个表面上层叠包括例如振动板和 压电材料层的多个层，能够同时生产压力施加部分和开闭部分。因此， 还能够简化生产步骤。优选的是，压力腔室具有大到一定程度的流动通道横截面积(在与 液体输送方向垂直的截面中的横截面积)，使得当向液体施加压力时引 起的容积变化增加，从而成功地立刻向其中的液体施加高压。另一方 面，优选的是，液体流动通道具有小到流动通道阻力不过度增加这一 程度的流动通道横截面积，使得能够通过与开闭部分相对应的压电材 料层的变形容易地实现基本上完全的关闭。考虑到前述观点，在本发 明的液体输送设备中，被开闭部分打开和关闭的液体流动通道的流动 通道横截面积小于压力腔室的流动通道横截面积。在本发明的液体输送设备中，叠层的刚度局部降低处的低刚度部 分可以设置在压力施加部分和开闭部分之间。当设置了低刚度部分时， 能够抑制在压力施加部分和开闭部分之间压电材料层和振动板的变形 的相互干扰。在本发明的液体输送设备中，低刚度部分可以是在振动板中形成 在振动板的面对位于压力腔室和液体流动通道之间的边界的区域处的 凹槽。当形成了凹槽时，在面对位于压力腔室和液体流动通道之间的 边界的区域中，振动板的厚度局部变薄。因此，叠层的刚度降低。在本发明的液体输送设备中，所述凹槽可形成在振动板的位于不 面对基部构件的所述一侧的所述表面上。根据该布置，当生产压电致 动器时，能够在相同的方向(与基部构件相对的方向)上执行应用到振动 板的多个步骤(包括例如形成振动板的凹槽、以及形成压电材料层)。因 此，容易生产压电致动器。而且，能够縮短步骤。而且，与在振动板 的位于基部构件侧的表面上形成所述凹槽而与液体接触的情况不同，9不产生当液体被气泡污染时在所述凹槽中停留任何气泡的问题。在本发明的液体输送设备中，低刚度部分可以是在所述压电材料 层中形成在所述压电材料层的面对位于所述压力腔室和所述液体流动 通道之间的边界的区域处的凹槽或通孔。当为压电材料层形成凹槽或 者通孔时，在面对位于压力腔室和液体流动通道之间的边界的区域中， 叠层的刚度局部降低。在本发明的液体输送设备中，压力腔室的流动通道宽度可以大于 液体流动通道的流动通道宽度。为了使压力腔室的流动通道横截面积 大于液体流动通道的流动通道横截面积，增加流动通道的宽度或者流 动通道的深度是合适的。然而，当流动通道的宽度如本发明中一样大 时，面对压力腔室的振动板区域被大大加宽。因此，鉴于当施加压力 时压力腔室的容积变化能够增加这一事实，该布置是优选的。本发明的液体输送设备还可包括分别通过独立配线连接到第一电 极和第二电极的驱动器，并且该驱动器可以通过以预定定时对所述第 一电极和所述第二电极中的每个电极施加预定电位而独立地驱动所述 压力施加部分和所述开闭部分。当压力施加部分和开闭部分分别被驱 动器以适当的定时独立地驱动时，能够通过高效地施加压力而输送液 体。在本发明的液体输送设备中，所述预定电位可以包括彼此不同的 第一和第二预定电位；当第一预定电位从所述驱动器施加到所述第二 电极时，在开闭部分处，振动板可以平行于基部构件的所述表面，并 且当第二预定电位施加到所述第二电极时，振动板可以变形成在所述 开闭部分处朝向所述基部构件突出；并且在所述基部构件的所述液体 流动通道中可以形成凹进阀座，该凹进阀座适合于所述振动板朝向所 述基部构件的突出变形，并且当所述振动板变形成朝向所述基部构件、 突出从而邻接该凹进阀座时，所述液体流动通道可以被关闭。根据该布置，当向开闭部分的第二电极施加第一电位时，振动板平行于基部 构件的一个表面。因此，在振动板和凹进阀座之间形成间隙，并且液 体流动通道处于打开状态。另一方面，当向第二电极施加第二电位并 且振动板变形而朝向基部构件突出时，已经变形而以朝向基部构件突 出的振动板然后与该突出变形相对应地邻接凹进阀座，以实现粘附或 者紧密接触。因此，液体流动通道被可靠地关闭。在本发明的液体输送设备中，第二电极可以在所述压电材料层的 设置于不面对所述基部构件的一侧的表面上布置在该表面的面对所述 液体流动通道的沿宽度方向的中央部分的区域处。根据该布置，当第 二电位被施加到面对液体流动通道沿宽度方向的中央部分的第二电极 时，设置在面对介于第二电极和第三电极之间的液体流动通道的中央 部分的区域中的压电材料层沿着平面方向收縮。因此，振动板变形成 朝向基部构件突出。在本发明的液体输送设备中，预定电位可以包括彼此不同的第一 和第二预定电位；当第一预定电位从所述驱动器施加到所述第二电极 时，所述振动板可以在所述开闭部分处平行于所述基部构件的所述表 面，并且当第二预定电位施加到所述第二电极时，所述振动板可以变 形成在所述开闭部分处朝向不面对所述基部构件的一侧突出；并且所述基部构件的所述液体流动通道可以具有坝形阀座，该坝形阀座沿着 宽度方向在整个液体流动通道上延伸，且具有位于与所述基部构件的 所述表面的平面相同的平面中的顶表面，并且当所述振动板变形成朝 向不面对所述基部构件的所述一侧突出时，可以在所述振动板和阀座 的该顶表面之间形成间隙，以打开所述液体流动通道。根据该布置， 当向开闭部分的第二电极施加第一电位时，振动板平行于基部构件的 一个表面。因此，振动板邻接坝形阀座的位于与基部构件的一个表面 平面相同的平面中的顶表面，并且液体流动通道被可靠地关闭。另一 方面，当向第二电极施加第二电位并且振动板变形而朝向与基部构件 相反的一侧突出时，则在振动板和阀座的顶部之间形成间隙，并且液11体流动通道被打开。在本发明的液体输送设备中，第二电极可包括两个第二电极部分， 这两个第二电极部分在所述压电材料层的位于不面对所述基部构件的 所述一侧的表面上分别布置在该表面的如下区域处，所述区域分别面 对所述液体流动通道沿宽度方向的两端。根据该布置，当向分别面对 液体流动通道的沿宽度方向的两端的两个第二电极施加第二电位时， 设置在面对介于两个第二电极和第三电极之间的液体流动通道的沿宽 度方向的两端的区域中的压电材料层部分分别沿平面方向收缩。因此， 设置在面对液体流动通道的沿宽度方向的中央部分的区域中的振动板 部分变形成朝向与基部构件相反的一侧突出。在本发明的液体输送设备中，第一电极和第二电极可以布置在所 述压电材料层的一个表面上，并且所述第三电极可以布置在所述压电 材料层的另一个表面上。根据该布置，分别与第一电极及第二电极相 对应的第三电极布置在相同平面上。因此，第三电极能够布置成共同 地用于压力施加部分和开闭部分。在本发明的液体输送设备中，在压电致动器中，开闭部分可包括 第一和第二开闭部分；第一开闭部分可以打开和关闭所述液体流动通 道的相对于所述压力腔室位于沿液体输送方向的上游侧的上游部分， 并且第二开闭部分可以打开和关闭所述液体流动通道的相对于所述压 力腔室位于沿该液体输送方向的下游侧的下游部分。当设置了这两个 开闭部分时，能够分别在压力腔室的上游侧和下游侧关闭液体流动通 道。因此，压力能够高效地施加到压力腔室中的液体。根据本发明的第二方面，提供一种用于生产液体输送设备的方法， 包括在基部构件的表面上形成压力腔室和液体流动通道，该液体流 动通道与该压力腔室连通，且具有比压力腔室的流动通道横截面积小 的流动通道横截面积；并且生产压电致动器，该压电致动器布置在该基部构件的所述表面上，且包括压力施加部分和开闭部分，该压力施 加部分对压力腔室中的液体施加压力，该开闭部分打开和关闭所述液 体流动通道，其中，压电致动器的生产包括在振动板的不面对基部 构件的一侧上形成压电材料层，振动板接合到基部构件的所述表面， 以覆盖压力腔室和液体流动通道；并且在压电材料层的表面上分别在 该表面的如下区域处布置第一电极和第二电极，该表面面对压力腔室 和液体流动通道；并且压电材料层的形成包括沉积压电材料粒子，以 同时形成面对压力腔室的压力施加部分的压电材料层、以及面对液体 流动通道的开闭部分的压电材料层。在根据本发明第二方面的生产方法中，当形成压电材料层时，压 电材料的粒子沉积在振动板的表面上。因此，能够在振动板上同时形 成与压力施加部分相对应的压电材料层以及与开闭部分相对应的压电 材料层。因此，能够简化压电致动器的生产步骤。本发明的用于生产液体输送设备的方法还可包括接合基部构件和 压电致动器。在本发明的用于生产液体输送设备的方法中，振动板可以是导电的。在本发明的用于生产液体输送设备的方法中，压电致动器的生产 包括在形成所述压电材料层之前，在所述振动板的位于不面对所述 基部构件的所述一侧的表面上布置第三电极，使得该第三电极对应于 所述压力腔室和所述液体流动通道。


图1所示的示意布置示出根据本发明实施例的喷墨打印机。 图2所示的平面图示出泵。图3示出沿图2中所示的线ni-in的剖视图。图4示出沿图2中所示的线IV-IV的剖视图。 图5示出沿图2中所示的线V-V的剖视图。 图6所示的平面图示出基部构件。 图7所示的平面图示出振动板。图8示出沿图7中所示的线vm-vm的剖视图。图9所示的框图示意地示出喷墨打印机的电气布置。 图IOA到IOF示出泵的操作，其中图IOA示出泵停止的状态，图 10B示出即将向墨施加压力之前的状态，图IOC示出施加有压力的墨 从压力腔室被排出的状态，图IOD示出排墨完成的状态，图10E示出 墨即将被吸入压力腔室中之前的状态，并且图10F示出墨被吸入压力 腔室中的状态。图IIA到UF示出生产泵的步骤，其中图IIA示出形成流动通道 的步骤，图IIB示出形成振动板的凹槽的步骤，图11C示出形成压电 材料层的步骤，图IID示出从凹槽的表面去除压电材料的步骤，图11E 示出布置电极的步骤，并且图11F示出接合基部构件和压电致动器的 步骤。图12所示的剖视图示出与图3相对应的第一变型实施例的泵。图13所示的剖视图示出与图3相对应的第二变型实施例的泵。图14所示的平面图示出第三变型实施例的泵。图15示出沿图14中所示的线XV-XV的剖视图。图16所示的平面图示出第四变型实施例的泵。图17示出沿图16中所示的线XVII-XVII的剖视图。图18所示的平面图示出第五变型实施例的泵。图19示出沿图18中所示的线XIX-XIX的剖视图。图20所示的平面图示出第六变型实施例的泵。图21所示的剖视图示出沿图20中所示的线XXI-XXI的剖视图。图22示出沿图20中所示的线XXII-XXII的剖视图。图23所示的平面图示出第七变型实施例的泵。图24示出沿图23中所示的线XXIV-XXIV的剖视图。图25所示的平面图示出第八变型实施例的泵。图26示出沿图25中所示的线XXVI-XXVI的剖视图。图27示出沿图25中所示的线XXVII-XXVII的剖视图。图28示出沿图25中所示的线XXVIII-XXVIII的剖视图。图29所示的剖视图示出与图3相对应的第九变型实施例的泵。图30所示的平面图示出第十变型实施例的泵。图31示出沿图30中所示的线XXXI-XXXI的剖视图。图32示出沿图30中所示的线xxxn-xxxn的剖视图。 图33示出沿图30中所示的线xxxni-xxxin的剖视图。图34所示的平面图示出第十一变型实施例的泵。 图35示出沿图34中所示的线XXXV-XXXV的剖视图。 图36所示的平面图示出第十二变型实施例的泵。 图37示出沿图36中所示的线XXXVII-XXXVII的剖视图。 图38所示的平面图示出第十二变型实施例的泵。 图39示出沿图38中所示的线XXXIX-XXXIX的剖视图。 图40所示的平面图示出第十三变型实施例的泵。 图41示出沿图40中所示的线XXXXI-XXXXI的剖视图。 图42示出沿图40中所示的线XXXXII-XXXXII的剖视图。 图43示出沿图40中所示的线XXXXIII-XXXXIII的剖视图。 图44示出本发明被应用于用于将液体燃料输送到燃料电池的泵 的实例。
具体实施方式
将解释本发明的一个实施例。该实施例是本发明被应用到用于将 墨输送到喷墨打印机的喷墨头的泵的实例。首先，将简要解释该实施例的喷墨打印机100。如图1所示，喷 墨打印机100设有例如滑架l，滑架1可在图1的左右方向上移动； 串行式喷墨头2，串行式喷墨头2设置在滑架11上并且朝记录纸P喷 墨；输送辊3，输送辊3沿图1的向前方向输送记录纸P;存储墨的墨 容器4;泵5，泵5将墨容器4中的墨供应到喷墨头2;以及控制器6(见15图9)，控制器6控制包括例如喷墨头2和输送辊3在内的打印机100 的各个构件。可与滑架1 一起沿扫描方向移动的副墨容器7布置在喷墨头2之 上或其上方。而且，副墨容器7通过管8和泵5连接到墨容器4。存储 在墨容器4中的墨被泵5加压，并且通过管8被输送到副墨容器7。墨 一度被存储在副墨容器7中，然后被供应到喷墨头2。当喷墨头2与滑架1 一起沿着图1所示的左右方向移动的同时， 从副墨容器7供应的墨被喷墨头2从布置在喷墨头2的下表面上的喷 嘴(未示出)朝向记录纸P喷射。输送辊3沿图1所示的向前方向输送记 录纸P。喷墨打印机100构造成使得当通过用控制器6控制喷墨头2从 喷嘴朝向记录纸P喷墨时，输送辊3被控制成沿向前方向输送记录纸P， 并且由此在记录纸P上记录所期望图像、字母等。在縮回位置处以可沿着竖直方向移动的方式布置盖9，该縮回位 置位于来自输送记录纸P的记录纸输送区域的记录纸的宽度方向上的 一侧(如图1中示出的左侧)。盖9能够覆盖移动到縮回位置的喷墨头2 的下表面(喷墨表面)。在该布置中，当由于例如包括喷嘴的喷墨头2中 的墨流动通道中的气泡或者灰尘污染而引起喷嘴堵塞时，执行清洗操 作，以在喷墨头2的喷墨表面被盖9覆盖的状态下强制地从喷嘴排墨。 更特别地，墨被泵5加压，以达到比正常供墨时所采用的压力高的压 力，并且墨被供应到喷墨头2。因此，墨以比记录期间所采用的压力高 的压力从喷嘴喷出，使得污染喷墨头2的气泡、灰尘等与墨一起排出。 排出管10连接到盖9。按照清洗操作被喷到盖9中的墨通过排出管10 排到盖9的外部。下面，将参考图2到图5解释用于将墨容器4中的墨输送到副墨 容器7的泵5(液体输送设备)。图2所示的平面图示出泵。图3示出沿 图2中所示的线III-III的剖视图。图4示出沿图2中所示的线IV-IV的剖视图。图5示出沿图2中所示的线V-V的剖视图。在进行解释时，在图2的纸平面中指向前方的方向被定义为上方向，并且图2中的水平方向被定义为左右方向。如图2到图5所示，泵5设有基部构件20，基部构件20具有沿 其上表面形成的墨流动通道22以及布置在基部构件20的上表面上的 压电致动器21。首先，将解释基部构件20。图6示出基部构件20的平面图。如 图2和图6所示，基部构件20是具有矩形平面形状的板形构件。包括 例如金属材料、合成树脂材料和硅的各种材料能够用于基部构件20。 然而，当基部构件20由金属材料例如不锈钢形成时，能够通过蚀刻容 易地形成墨流动通道22。形成在基部构件20的上表面上的墨流动通道22由压力腔室23以 及与压力腔室23连通的供墨流动通道24和排墨流动通道25(液体流动 通道)构成。压力腔室23形成为在基部构件20的上表面的中央部分处 具有凹进形式。具有凹进形式的供墨流动通道24形成于在压力腔室23 的左侧处设置在基部构件20的上表面上的区域中。供墨流动通道24 从形成在基部构件20的左端处的供墨口26延伸到压力腔室23的左端。 另一方面，具有凹进形式的排墨流动通道25形成于在压力腔室23的 右侧处设置在基部构件20的上表面上的区域中。排墨流动通道25从 压力腔室的右端延伸到形成在基部构件20的右端处的排墨口 27。换言 之，供墨流动通道24、压力腔室23和排墨流动通道25布置成在沿着 基部构件20的上表面的直线上延伸。供墨口26通过管8连接到图1所示的墨容器4。另一方面，排墨 口 27通过管8连接到图l所示的副墨容器7。因此，从设置在基部构 件20的左端处的供墨口 26流入的墨经过供墨流动通道24，并且墨被 供给到压力腔室23。而且，压力通过将在后面描述的压电致动器21施加到流入压力腔室23中的墨。此后，墨通过排墨流动通道25，从设置 在右端处的排墨口 27排出，并且输送到副墨容器7。如图2所示，供墨流动通道24和排墨流动通道25具有比压力腔 室23窄的流动通道宽度(与作为墨输送方向的左右方向垂直的水平方 向上的长度，即图2所示的上下方向上的长度)。而且，供墨流动通道 24和排墨流动通道25形成为具有如下的形状，该形状使得相对于供 墨口 26和排墨口 27，流动通道的宽度在连接部分处变窄。供墨流动通 道24和排墨流动通道25的流动通道形状关于压力腔室23是双侧对称 的。结果，墨流动通道22在设置在中央部分处的压力腔室23处具有 最大流动通道宽度，以提供如下的流动通道形状，该流动通道形状使 得流动通道宽度在从压力腔室23开始更加靠近置于左端处的供墨口26 以及置于右端处的排墨口 27的部分处变窄。为了使得当通过在后面描述的压电致动器21向压力腔室23中的 墨施加压力时能够立即输送大量的墨，压力腔室23的流动通道横截面 积(与作为墨输送方向的左右方向垂直的竖直平面中的横截面积)必须 增加，以在一定程度上保证压力腔室23的容积。另一方面，对于供墨 流动通道24和排墨流动通道25，优选的是，流动通道横截面积小到如 下的程度，即流动通道阻力不过度增加使得能够容易和快速地用压电 致动器21打开和关闭流动通道。因此，供墨流动通道24和排墨流动通道25的流动通道横截面积 比压力腔室23的流动通道横截面积小。具体而言，如图2、图4和图 5所示，供墨流动通道24和排墨流动通道25中的每一个的流动通道宽 度和流动通道深度均分别小于压力腔室23的流动通道宽度和流动通道 深度。而且，与在后面描述的压电致动器21的开闭部分31相配合地关 闭供墨流动通道24的阀座28设置在供墨流动通道24的沿左右方向fe18中部处。如图5所示，阀座28的上表面形成为提供光滑的凹形曲面， 该凹形曲面在沿其宽度方向的中央部分处最深。类似地，与供墨流动通道24的阀座28具有相同形状的阀座29也设置在排墨流动通道25 沿左右方向的中部处。下面将解释压电致动器21。如图2到图5所示，压电致动器21 具有向容纳在压力腔室23中的墨施加压力以输送墨的压力施加部分 30、以及分别打开和关闭供墨流动通道24和排墨流动通道25的开闭 部分31、 32。压电致动器21的压力施加部分30和开闭部分31由通过层叠包括 压电材料层36的多个层而提供的叠层33构成。更具体而言，叠层33 包括振动板35，振动板35布置在基部构件20的上表面上；压电材 料层36，压电材料层36形成在振动板35的上表面(设置在不面对基部 构件20的一侧的表面)上；驱动电极37(第一电极)，驱动电极37形成 在压电材料层36上表面的与压力腔室23相对的区域中；以及两个流 动通道开闭电极38、 39(第二电极)，电极38、 39分别形成在与供墨流 动通道24和排墨流动通道25相对的区域中。振动板35是具有与基部构件30相同的矩形平面形状的金属板。 振动板35例如由铁基合金如不锈钢、铜基合金、镍基合金或者钛基合 金形成。在基部构件20的上表面从上部位置覆盖有压力腔室23、供墨 流动通道24、和排墨流动通道25的状态下，振动板35接合到基部构 件20的上表面。导电的振动板35的上表面与驱动电极37及两个流动 通道开闭电极38、 39相对，压电材料层36介入振动板35的上表面与 驱动电极37及两个流动通道开闭电极38、 39之间。相对于电极37到 39，振动板35的上表面也用作公共电极(第三电极)，用于在压电材料 层36中沿着厚度方向产生电场。根据该布置，无需与振动板35不同 地在压电材料层36的下侧形成任何公共电极。因此，压电致动器21 的结构被相应地简化。图7所示的平面图示出振动板35。图8所示的沿线vin-vin的剖视图示出振动板35。如图2、 3、 7和8所示，在振动板35的分别面对 位于压力腔室23和供墨流动通道24之间的边界、以及位于压力腔室 23和排墨流动通道25之间的边界的上表面(设置在位于不面对基部构 件20的一侧上的表面)区域中形成凹槽40、 41。而且，还分别在振动 板35上表面的面对从供墨流动通道24的阀座28的上游侧(左侧)、以 及从排墨流动通道25的阀座29的下游侧(右侧)的区域中形成凹槽42、 43。四个凹槽40到43在沿墨流动通道22宽度方向的整个区域(压力腔 室23、供墨流动通道24、和排墨流动通道25)延伸。换言之，在形成四个凹槽40到43的部分处，振动板35的厚度局 部变薄并且刚度降低。振动板35的面对压力腔室23的部分、面对供 墨流动通道24的阀座28的部分、以及面对排墨流动通道25的阀座29 的部分被作为刚度降低部分的凹槽40到43隔开。在振动板35的上表面上形成由作为钛酸铅和锆酸铅的固体溶液 提供且含有锆钛酸铅(PZT)的主要组分的压电材料构成的压电材料层 36。与四个凹槽40到43具有相同的平面形状的四个通孔45到48穿 过压电材料层36形成为使得四个通孔45到48分别面对凹槽40到43。 换言之，在振动板35上表面的除了形成四个凹槽40到43的区域之外 的整个区域上形成压电材料层36。如图2所示，驱动电极37具有布置在压电材料层36上表面的面 对压力腔室23的相对于流动通道宽度方向的中央部分的区域中的矩形 平面形状。另一方面，两个流动通道开闭电极38、 39具有沿左右方向 的长度比驱动电极37沿左右方向的长度短的细长矩形平面形状，这些 细长矩形平面形状分别布置在面对两个阀座28、 29的沿流动通道宽度 方向的中央部分的区域中。三个电极37、 38、 39的每一个由导电材料 例如金、铜、银、钯、铂和钛构成。另外，在压电材料层36的上表面上形成三根配线50、 51、 52， 它们相互独立并且分别从驱动电极37和两个流动通道开闭电极38、 39 被引到不面对墨流动通道22(压力腔室23、供墨流动通道24和排墨流 动通道25)的区域。驱动电极37和两个流动通道开闭电极38、 39分别 通过三根布线50到52连接到驱动器IC60(驱动器，见图9)。虽然没有 在图中特别地示出，但还用作公共电极的振动板35也连接到驱动器 IC60。驱动器IC60构造如下。g卩，振动板35总是被保持在地电位(第 一电位)。而且，分别基于从喷墨打印机100的控制器6馈送的控制信 号、地电位(第一电极)、以及与地电位不同的预定驱动电位(第二电位) 被选择性地施加到驱动电极37和两个流动通道开闭电极38、 39。驱动 电极37和流动通道开闭电极38、 39布置在相同平面(压电材料层36 的上表面)上。因此，与电极37、 38、 39相对应的电极(第三电极，即 本实施例中的振动板30的上表面)能够公共地用于压力施加部分30和 开闭部分31、 32。当从驱动器IC60向布置在压电材料层36的上表面上的电极(驱动 电极37或者流动通道开闭电极38、 39)施加驱动电位时，提供一种状 态，该状态使得在被施加驱动电位的电极与保持在地电位的用作设置 压电材料层36的下侧的公共电极的振动板35之间电位彼此不同。因 此，在介于设置于上侧的电极和设置于下侧的振动板35之间的压电材 料层36中沿着厚度方向产生电场。在这种情形下，当压电材料层36 的极化方向与电场方向相同时，则压电材料层36沿着作为极化方向的 厚度方向伸长，并且压电材料层36沿着与厚度方向垂直的平面方向收 縮(横向压电效应)。在该布置中，振动板35在不面对墨流动通道22的 区域中接合到基部构件20，并且其变形受到限制。因此，当压电材料 层36沿着平面方向收縮时，则面对墨流动通道22的振动板35部分翘 曲，并且该部分变形成朝向下侧突出(朝向基部构件20侧)。换言之，在地电位被施加到驱动电极37的状态下，压电材料层36在面对压力腔室23的区域中不变形。因此，振动板35平行于基部 构件20的上表面，如图4中实线所示。从该状态开始，当驱动电位被 施加到驱动电极37时，则振动板35变形成朝向基部构件20(朝压力腔 室23)突出，如图4中的双点划线所示，并且压力腔室23的容积因此 降低。相应地，压力被施加到压力腔室23中的墨。根据以上所述，叠 层33的面对压力腔室23的部分(包括驱动电极37的部分)构成向压力 腔室23中的墨施加压力以输送墨的压力施加部分30。在地电位被施加到流动通道开闭电极38的状态下，压电材料层 36在面对供墨流动通道24的区域中不变形。因此，振动板35平行于 基部构件20的上表面，如图5中实线所示。在这种情形下，在振动板 35和为供墨流动通道24设置的阀座28的上表面之间形成间隙。供墨 流动通道24处于打开状态。另一方面，当驱动电位被施加到流动通道 开闭电极38时，振动板35变形成朝向基部构件20(朝向供墨流动通道 24)突出，如图5中的双点划线所示。在该布置中，为供墨流动通道24 设置的阀座28的上表面预先形成为具有与振动板35的突出变形相对 应的凹进形式。因此，变形成朝向基部构件20突出的振动板35在基 本粘附于阀座28或者与阀座28形成紧密接触的状态下邻接与突起相 对应的凹进阀座28。供墨流动通道24被可靠地关闭(关闭状态)。例如， 当流动通道开闭电极38沿流动通道宽度方向的长度为10mm到15mm 时，振动板35在朝向基部构件20的方向中的变形量可以是0.05mm到 O.lmm。根据以上所述，叠层33的面对供墨流动通道24的部分(包括 流动通道开闭电极38的部分)构成打开和关闭供墨流动通道24的开闭 部分31。类似地，在地电位被施加到流动通道开闭电极39的状态下，在振 动板35和阀座29之间存在间隙。因此，排墨流动通道25处于打开状 态。当向流动通道开闭电极39施加驱动电位时，则振动板35变形而 突出，并且允许振动板35基本与凹进的阀座29紧密接触。因此，.排 墨流动通道25处于关闭状态。因此，叠层33的面对排墨流动通道25的部分(包括流动通道幵闭电极39的部分)构成打开和关闭排墨流动通道25的开闭部分32。如上所述，压力施加部分30由叠层33的面对压力腔室23的部分 构成，而开闭部分31、 32由叠层33的面对供墨流动通道24和排墨流 动通道25的部分构成。结果，如图3所示，压电致动器21具有将压 力施加部分30和两个开闭部分31、 32沿着基部构件20的上表面(在一 个平面上)布置的结构。驱动器IC60通过独立的配线50到52连接到驱动电极37和两个 流动通道开闭电极38、 39。在该布置中，驱动电位以预定定时被分别 施加到三个驱动电极37到39，并且压力施加部分30和开闭部分31、 32因此被相互独立地驱动。因此，能够独立地通过压力施加部分30施 加压力以及通过开闭部分31、 32打开和关闭流动通道24、 25。如上所述，四个凹槽40到43形成在振动板35的上表面(位于不 面对基部构件20的一侧上的表面)上。振动板35的分别面对压力腔室 23、供墨流动通道24的阀座28、以及排墨流动通道25的阀座29的部 分被凹槽40到43彼此隔开。而且，四个凹槽40到43的表面上不形 成压电材料层36。换言之，分别在压力施加部分30和幵闭部分31、 32的沿墨输送方向(左右方向)的两端处设置使叠层33的厚度局部变薄 且刚度降低的部分。当用于构造叠层33的振动板35和压电材料层36的刚度如上所述 在彼此相邻设置的压力施加部分30和开闭部分31、 32之间局部降低 时，当向电极施加驱动电位时引起的压电材料层36和振动板35的变 形几乎不被传递。换言之，压电材料层36和振动板35的变形的相互 干扰被抑制在压力施加部分30和开闭部分31、 32之间。因此，能够 保证压力施加部分30和开闭部分31、 32的独立操作。换言之，在压 力施加部分30和开闭部分31、 32的两端处布置刚度降低部分的事实意味着如下的事实，即在设置于当面对电极时压电材料层36自然地变 形的区域(驱动区域)的两侧上的被驱动区域中，刚度降低。当被驱动区 域如上所述具有低刚度时，振动板易于更大地变形。因此，能够通过 使用小的驱动电位来增加振动板的变形量。因此，能够高效地驱动压力施加部分30和开闭部分31、 32。下面将参考图9所示的框图简要地描述控制包括上述的泵5的喷 墨打印机IOO(见图l)的各个部分的操作的控制器6。控制器6管理对喷 墨打印机100的各种操作的控制，这些操作包括例如滑架1的往复操 作、喷墨头2的喷墨操作、通过输送辊3输送记录纸P的操作以及通 过泵5的墨输送操作。控制器6设有例如作为中央&理单元或者中央 处理器的CPU(中央处理单元)、存储例如用于控制喷墨打印机100的程 序和数据的ROM(只读存储器)以及暂时地存储将由CPU处理的数据的 RAM(随机存取存储器)。控制器6基于例如与从PC(个人计算机)输入的记录图像有关的数 据来控制用于往复地驱动滑架1、喷墨头2的滑架驱动马达61、以及 用于驱动输送辊3的输送马达62，以便在记录纸P上记录例如所期望 的图像。而且，控制器6控制泵5的压电致动器21(特别是驱动器IC60)， 使得存储在墨容器4中的墨被泵5供应到喷墨头2。下面，将参考图IO解释利用泵5的墨输送操作的实例。在图10 中，符号"+ "表示电极电位为驱动电位的状态，并且符号"GND"表 示电极电位为地电位的状态。首先，如图10A所示，当泵5的操作停止时，三个电极37到39 即压力施加部分30的驱动电极37和开闭部分31、 32的流动通道开闭 电极38、 39的所有电位被驱动器IC60保持在地电位。在三个电极37 到39与作为公共电极的振动板35之间不产生任何电位差。因此，压 电材料层36中不产生会由横向压电效应引起的收縮。振动板35平行于基部构件20的上表面。在这种情形下，在振动板35与供墨流动通道24和排墨流动通道25的阀座28、 29之间形成间隙。供墨流动通道 24和排墨流动通道25均处于打开状态。从该状态开始，当面对供墨流动通道24的流动通道开闭电极38 的电位如图10B所示被驱动器IC60切换到驱动电位时，振动板35变 形成在开闭部分31处朝向基部构件20突出。在这种情形下，允许振 动板35基本上与形成为具有凹进形式的阀座28的上表面紧密接触， 并且振动板35和阀座28之间的间隙被堵塞。因此，供墨流动通道24 被关闭。另外，如图10C所示，当面对压力腔室23的驱动电极37的电位 被驱动器IC60切换到驱动电位时，振动板35变形成在压力施加部分 30处朝向基部构件20突出。相应地，压力腔室23的容积减小。因此， 压力被施加到压力腔室23中的墨，并且墨从压力腔室23被排到排墨 流动通道25。在这种情形下，设置在压力腔室23的上游侧的供墨流动 通道24被开闭部分31关闭。因此，不允许压力腔室23中产生的压力 波逃逸到供墨流动通道24。因此，能够高效地输送墨。随后，如图10D所示，与从压力腔室23的排墨结束的定时一致， 面对排墨流动通道25的开闭部分32的流动通道开闭电极39的电位被 切换到驱动电位。相应地，振动板35变形而在开闭部分32处朝向基 部构件20突出，并且允许振动板35基本上与阀座29的上表面紧密接 触。因此，排墨流动通道25被关闭。随后，如图10E所示，当面对供墨流动通道24的电极38的电位 被驱动器IC60切换到地电位时，供墨流动通道24再次打开。而且， 如图10F所示，当面对压力腔室23的驱动电极37的电位被切换到地 电位时，则振动板35在压力施加部分30处恢复为具有平面形状，并 且压力腔室23的容积增加。在这种情形下，排墨流动通道25被开闭25部分32关闭。相应地，随着压力腔室23容积的增加，压力腔室23中 的墨的压力突然降低，并且允许墨从供墨流动通道24流入压力腔室23 中。之后，供墨流动通道24被开闭部分31再次关闭。而且，排墨流 动通道25被开闭部分32打开(图IOB)，然后由压力施加部分30向压 力腔室23中的墨施加压力(图IOC)。如上所述， 一系列的操作被重复进行从而在压力腔室23中对从供 墨流动通道24供应到压力腔室23内的墨施加压力，并且墨从排墨流 动通道25排出。因此，在墨容器4中容纳的墨被输送到副墨容器7。下面，将参考图11解释用于生产该实施例的泵5的方法。首先， 如图IIA所示，在基部构件20的上表面上形成压力腔室23，并且在基 部构件20的上表面上形成与压力腔室23连通且具有比压力腔室23的 流动通道横截面积小的流动通道横截面积的供墨流动通道24和排墨流 动通道25(流动通道形成步骤)。在该过程中，当基部构件20为金属板 时，能够通过蚀刻容易地形成包括阀座28、 29的具有比较复杂形状的 墨流动通道22。与流动通道形成步骤同时地生产将布置在基部构件20的上表面 上的压电致动器21(致动器生产步骤)。首先，如图IIB所示，利用在 由金属材料形成的振动板35的上表面上蚀刻来形成被提供用来局部地 降低振动板35的刚度的四个凹槽40到43。随后，如图11C所示，在已经形成四个凹槽40到43的振动板35 的上表面的整个区域上形成压电材料层36(压电材料层形成步骤)。在该 过程中，在压电材料层形成步骤中，能够通过在振动板35的上表面上 沉积压电材料粒子来同时地分别形成面对压力腔室23的压力施加部分 30的压电材料层36a、以及面对供墨流动通道24和排墨流动通道25 的开闭部分31、 32的压电材料层36b、 36c。例如，能够采用允许通过 混合载体气体和由压电材料构成的粒子而制备的浮质在高速下碰撞薄来由此沉积粒子的浮质沉积(AD)方法作为用于形成压电材料层36的指定方法。或者，还能够使用溅射方法和化学气 相沉积(CVD)方法。此后，如图11D所示，已经沉积在四个凹槽40到43的表面上的 压电材料通过例如照射激光被去除，以形成分别与四个凹槽40到43 相对应的四个通孔45到48。或者，在图11C所示的压电材料层形成步骤中，可在振动板35 的上表面上布置仅仅覆盖四个凹槽40到43的掩模材料，然后可在振 动板35上表面没有被掩模材料覆盖的区域中沉积压电材料的粒子。在 该过程的情形中，振动板35的凹槽40到43的表面上不沉积压电材料。 因此，不必通过激光等执行去除设置在凹槽表面上的压电材料的步骤。随后，如图11E所示，分别在置于四个凹槽40到43之间的压电 材料层36的上表面的部分36a到36c处形成电极37到39(电极布置步 骤)。艮卩，驱动电极37在压力施加部分30的压电材料层36a的上表面 上形成为面对压力腔室23。而且，流动通道开闭电极38、 39在开闭部 分31、 32的压电材料层36b、 36c的上表面上形成为分别面对供墨流 动通道24和排墨流动通道25。在该过程中，例如，当使用丝网印刷方法时，驱动电极37和两个 流动通道开闭电极38、 39能够立即在压电材料层36的上表面上形成。 或者，驱动电极37和流动通道开闭电极38、 39可形成为使得在压电 材料层36的整个表面上例如通过气相沉积方法形成导电薄膜，并且然 后例如通过激光去除设置在不需要的区域上的任何导电层。如上所述， 在该实施例中，振动板35的上表面还用作面对设置在压电材料层36 的上表面上的三个电极37到39的公共电极(第三电极)。因此，在压电 材料层36的下侧形成公共电极的步骤被省去。根据如上所述的步骤， 生产了具有如下结构的压电致动器21，该结构使得压力施加部分30和开闭部分31、 32沿着一个平面布置。振动板35的凹槽40到43可以在上表面和下表面的任何一个上形 成。然而，特别地，当凹槽40到43在振动板35的上表面上形成时， 能够沿着相同的方向(从上侧)执行包括在生产致动器的步骤中的所有 的这些多个步骤(形成振动板35的凹槽40到43(图IIB)、形成压电材 料层36(图11C)、利用激光等从凹槽表面去除压电材料(图IID)，以及 形成电极(图IIE))。因此，容易生产压电致动器21，并且能够縮短步 骤。最后，如图11F所示，在基部构件20的上表面上安装压电致动器 21，使得压力施加部分30面对压力腔室23，开闭部分31、 32面对供 墨流动通道24和排墨流动通道25，并且振动板35的下表面和基部构 件20的上表面通过使用例如粘结剂而相互接合。根据以上所述，泵5 的生产完成。根据如上所述的该实施例的泵5，获得了以下的效果。该实施例 的泵5具有向压力腔室23中的墨施加压力的压力施加部分30以及分 别打开和关闭与压力腔室23连通的供墨流动通道24和排墨流动通道 25的开闭部分31、 32。压力施加部分30和开闭部分31、 32相互独立 地被驱动。因此，利用压力施加部分30以适当的定时向压力腔室23 中的墨施加压力，同时分别利用开闭部分31、 32打开和关闭供墨流动 通道24和排墨流动通道25。因此，能够高效地输送墨。与迄今为止广 泛用作液体输送泵的机械泵(例如，管泵和注射泵)不同，在压电致动器 21中不存在任何滑动部分。因此，还获得使得操作其间产生的噪音较 小的优点。而且，压电致动器21具有包括例如允许沿着基部构件20的一个 表面延伸的振动板35、压电材料层36以及电极37到39的叠层33。 叠层33的面对压力腔室23的部分是压力施加部分30。叠层33的面对供墨流动通道24和排墨流动通道25的部分分别是开闭部分31、 32。 结果，压力施加部分30和开闭部分31、 32沿着基部构件20的一个表 面被布置在相同平面上。因此，压电致动器21的结构比将压力施加部 分和开闭部分布置在不同平面上的任何三维结构都简单。通过制成紧 凑的压电致动器21,能够提供小尺寸的泵5。能够通过在基部构件20的上表面上层叠包括振动板35、压电材 料层36以及电极37到39的多个层来同时生产位于相同平面上的压力 施加部分30和开闭部分31、 32。特别地，当在压电材料层形成步骤中 采用在振动板35的上表面上沉积压电材料粒子的方法时，压力施加部 分30和开闭部分31、 32的压电材料层36能够同时形成在振动板35 上。因此，能够简化生产压电致动器21的步骤。下面将说明变型实施例，在这些变型实施例中，对上述实施例作 出了各种修改。然而，以与在上述实施例中相同的方式构造的那些部 分用相同的参考数字指代，并且将适当地省略它们的任何解释。在上述实施例中，凹槽40到43形成在压力施加部分30和开闭部 分31、 32的两端处。在这种状态下，与凹槽40到43对应的通孔45 到48形成为穿过压电材料层36(见图3)。然而，如图12所示，也允许 不在振动板35A上形成凹槽，并且仅仅四个通孔45到48形成为穿过 压电材料层36(第一变型实施例)。或者，如图13所示，也允许在振 动板35B上不形成任何凹槽，并且四个凹槽45B到48B替代第一变型 实施例的四个通孔45到48形成在压电材料层36B上(第二变型实施 例)。即使当仅仅为压电材料层形成通孔和/或凹槽时，用于构造压电致 动器的叠层的刚度也在一定程度上降低。因此，获得一种效果，使得 振动板的位移量增加，并且在压力施加部分和开闭部分之间的相互干 扰得以避免。当不必渐进地抑制在压力施加部分和开闭部分之间的相互干扰29加部分和开闭部分之间的距离足够远时，则不 必为用于构造压电致动器的叠层提供任何刚度降低部分。换言之，如 图14和15所示，也允许不为振动板35C形成任何凹槽，同样不为压电材料层36C形成通孔或者凹槽，并且在压力腔室23、供墨流动通 道24和排墨流动通道25的整个范围内连续地形成压电材料层36C(第 三变型实施例)。在该布置中，不必执行为振动板形成凹槽的步骤、以 及为压电材料层形成通孔和/或凹槽的步骤。因此，能够简化生产步骤。如图16和17所示，被提供用于局部地降低叠层33D的刚度的凹 槽40D到43D可形成在振动板35D的下表面上(第四变型实施例)。然 而，在该布置中，如果任何气泡混入墨中，则该气泡趋于停留在凹槽 40D到43D中。因此，担心不能通过压力施加部分向墨施加所期望的 压力。另一方面，当凹槽40到43如上述实施例中那样形成在振动板 35的上表面(设置在不面对基部构件的一侧上的表面)上时，振动板35 的与墨接触的下表面是平坦表面。因此，气泡几乎不停留(见图3)。从 该观点来看，优选的是，凹槽形成在振动板的上表面上。在上述实施例中，压电材料层36形成于位于包括例如压力腔室 23的墨流动通道22外侧的区域。因此，压电材料层36的变形受到限 制，并且振动板35的位移量在面对墨流动通道22的区域中减小。因 此，如图18和19所示，也允许压电材料层36E仅仅形成在振动板35E 上表面的面对压力腔室23和阀座28、 29的区域中(第五变型实施例)。同样在第五变型实施例中，相互独立的配线50E到52E从形成在 压电材料层36E的上表面上的三个电极37到39引出。然而，配线50E 到52E不能被引到墨流动通道22外侧的区域(利用被保持在地电位的 振动板35E的上表面引起传导，因为在墨流动通道22外侧的区域中不 存在压电材料层36E，所以引起与被保持在地电位的振动板35E上表 面的传导)。因此，第五变型实施例包括触点，这些触点在与电极相反 的一侧上设于三根配线50E到52E的端部处，且例如通过FPC(柔性印刷电路板)形成在电极37到39和驱动器IC60之间的连接。这些触点位 于面对墨流动通道22(压力腔室23和阀座28、 29)的区域中。当从形成在压电材料层的上表面上的电极引出配线时，在驱动电 位施加到电极时，在配线和振动板之间的压电材料层中产生任何不必 要的静电容量(寄生电容)。因此，如图20到22所示，由具有比压电材 料层36的介电常数低的介电常数的绝缘材料构成的绝缘层70可以形 成在压电材料层36的上表面和配线50到52之间(第六变型实施例)。 绝缘层70能够例如由陶瓷材料如氧化铝和氧化锆、或者树脂材料例如 聚酰亚胺形成。设置在压电材料层上表面上的电极被布置在面对压力腔室23的 墨流动通道22的沿宽度方向的中央部分的区域中并非是必需的。例如， 如图23和24所示，可在与压电材料层36G的上表面的沿流动通道宽 度方向的一侧对应的区域中布置电极37G到39G(第七变型实施例)。在 该布置中，当驱动电位被施加到电极37G到39G时，振动板35变形成 在布置有电极37G到39G的流动通道的沿宽度方向的一侧朝向基部构 件20突出。压电致动器可以如下构造。即，当驱动电位被施加到驱动电极或 流动通道开闭电极时，振动板变形成朝向不面对基部构件的一侧突出。 当振动板如上所述变形时，供墨流动通道和/或排墨流动通道被打开。例如，在图25到图28所示的第八变型实施例的泵的情形中，分 别包括在压力施加部分30H和开闭部分31H、 32H中的三种类型的电 极37H到39H被设置在压电材料层36的上表面上。而且，电极37H 到39H中的每一个被分为布置在流动通道的沿宽度方向的两端处的两 个电极。即，电极37H被分为布置在分别与压力腔室23的沿流动通道 宽度方向的两端相对应的区域中的两个电极37a、 37b。流动通道开闭 电极38H被分为布置在分别与供墨流动通道24的阀座28H的沿流动通道宽度方向的两端相对应的区域中的两个电极38a、 38b。而且，流动 通道开闭电极39H被分为布置在分别与排墨流动通道25的阀座29H 的沿流动通道宽度方向的两端相对应的区域中的两个电极39a、 39b。 分成两个的电极(电极37a和电极37b、电极38a和电极38b、电极39a 和电极39b)通过比被划分的电极薄的配线37c到39c相互传导。换言 之，相同的电位被同时施加到分成两个的电极。另一方面，分别为供墨流动通道24和排墨流动通道25形成在流 动通道24、 25的沿宽度方向的整个区域上延伸的坝形阀座28H、 29H。 如图26所示，两个阀座28H、 29H的顶表面(上表面)位于与基部构件 20的上表面的平面相同的平面上。当驱动电位被施加到被划分的三种类型的电极37H到39H时，压 电材料层36在布置有被划分的电极的、与流动通道的沿宽度方向的两 端相对应的区域中在平面方向上收縮。相应地，振动板35随着压电材 料层36在沿宽度方向的两端处的收縮而在与流动通道沿宽度方向的中 央部分相对应的区域中变形而朝向上侧(不面对基部构件20的一侧)突 出。因此，如图27中的双点划线所示，当驱动电位被施加到压力施加 部分30H处的驱动电极37H，振动板35变形而沿向上方向突出时，则 压力腔室23的容积增加。因此，允许墨流入压力腔室23中。此后， 当地电位被施加到驱动电极37H时，则振动板35恢复成具有如图27 中实线所示的平面形状，并且压力腔室23的容积减小。相应地，压力 被施加到压力腔室23中的墨。另一方面，当地电位(第一电位)被施加到与供墨流动通道24相对 应的开闭部分31H处的流动通道开闭电极38H时，则振动板35处于如 图28实线所示的平坦状态下，并且其下表面以紧密接触方式邻接坝形 阀座28H的顶表面。因此，供墨流动通道24被关闭。从该状态开始，当驱动电位(第二电位)被施加到流动通道开闭电极38H并且振动板35 变形而如图28中双点划线所示向上突出时，则振动板35的下表面与 阀座28H的顶表面分离。相应地，在振动板35在阀座28H之间形成间 隙。因此，供墨流动通道24被打开。类似地，当地电位被施加到与排墨流动通道25相对应的开闭部分 32H处的流动通道开闭电极39H时，则排墨流动通道25被关闭。另一 方面，当驱动电位被施加到流动通道开闭电极39H时，则在振动板35 和阀座29H的顶表面之间形成间隙，并且排墨流动通道25被打开。根据第八变型实施例的布置，阀座28H、 29H的顶表面具有平面 形状就足够了，并且不必处理这些顶表面。因此，与阀座被形成为具 有与振动板的突出变形相对应的凹进形式的上述实施例(见图3和6)的 阀座28、 29相比，能够容易地形成阀座。如上所述，第七变型实施例已被称为压电致动器的实例，在第七 变型实施例中，当驱动电位被施加到驱动电极和/或流动通道开闭电极 时，振动板变形成朝向不面对基部构件的一侧突出。然而，即便在上 述实施例(见图2到图5)的压电致动器21的电极结构的情形中，振动板 35也能够变形成向上突出。然而，从驱动器IC60施加到驱动电极37 和流动通道开闭电极38、 39的驱动电位是比地电位低的负电位。当施 加该负电位作为上述的驱动电位时，作用在置于上、下电极之间的压 电材料层36上的电场的方向与驱动电位为正的情形中相反，该方向与 极化方向相反。相应地，压电材料层36沿平面方向伸长。结果，与上 述实施例相反，振动板35变形成朝向上侧突出(朝向不面对基部构件 20的一侧)。在上述实施例中，振动板35由具有导电性的金属材料形成。振动 板35的上表面还用作与驱动电极37和流动通道开闭电极38、 39、相对 应的公共电极(第三电极)。然而，如图29所示，可在压电材料层36的下表面上设置与振动板35不同的被保持在地电位的公共电极72(第九变型实施例)。然而，当振动板35由导电材料形成时，将公共电极72 和振动板35电绝缘的绝缘层80被设置在公共电极72和振动板35的 上表面之间。绝缘层80能够由陶瓷材料例如氧化铝和氧化锆、或者树 脂材料例如聚酰亚胺形成。当振动板35由硅形成时，在振动板35的 上表面上形成氧化硅薄膜作为绝缘层80也是合适的。另一方面，当振 动板35由绝缘材料形成时，不必提供绝缘层80。如图30到图33所示，也可利用下面的布置。艮卩，在压电材料层 36J的下表面上布置驱动电极37J(第一电极)和流动通道开闭电极38J、 39J(第二电极)。在压电材料层36J的上表面上布置面对驱动电极37J 和流动通道开闭电极38J、 39J的电极82到84(第三电极)(第十变型实 施例)。同样在第十变型实施例中，当振动板35由导电材料形成时，必 须在驱动电极37J及流动通道开闭电极38J、 39J与振动板35的上表面 之间设置将驱动电极37J及流动通道开闭电极38J、 39J与振动板35的 上表面电绝缘的绝缘层85。然而，通过仅仅允许电极82到84的端部 与保持在地电位的振动板35的上表面形成传导，电极82到84能够被 保持在地电位。另一方面，当振动板35由绝缘材料形成时，不必提供 绝缘层85。然而，必须不同地提供将电极82到84连接到驱动器IC60 以将它们保持在地电位的配线。在上述的实施例及其变型实施例中，驱动电极(第一电极)和流动通 道开闭电极(第二电极)都布置在压电材料层的一个表面上，并且公共电 极(第三电极)布置在压电材料层的另一表面上。然而，驱动电位和流动 通道开闭电极可以分别布置在压电材料层的不同表面上。例如，如图 36和图37所示，驱动电极37可以被布置在压电材料层36C的不面对 振动板35C的表面上，并且流动通道开闭电极38、 39可以布置在压电 材料层36C的面对振动板35C的表面上。或者，如图38和图39所示， 驱动电极37可以布置在压电材料层36C的面对振动板35C的表面上， 并且流动通道开闭电极38、 39布置在压电材料层36C的不面对振动板335C的表面上。在这些布置中，分别面对驱动电极37和流动通道开闭 电极3S、 39的电极(第三电极)37'、 38'、 39'也被布置在相互不同的表面 上。压力腔室、供墨流动通道以及排墨流动通道的形状不限于上述实 施例的形状。例如，如图34和图35所示，压力腔室23K可具有圆形的平面形 状(第十一变型实施例)。当压力腔室23K为圆形、并且圆形驱动电极 37K被布置在与其中央部分相对应的区域中时，与压力腔室为矩形的 情形相比，振动板35的中央部分的位移量即压力腔室23K的容积变化 量增加。因此，压力能够高效地施加到墨。分别位于左侧和右侧的供墨流动通道和排墨流动通道可以形成为 关于压力腔室具有非对称形状。同样，并非特别地必须使供墨流动通 道、压力腔室以及排墨流动通道布置在如图2所示的直线上。当在平 面图中观察时，供墨流动通道和排墨流动通道可以布置成在压力腔室 处折叠的形式。在上述的实施例及其变型实施例中，振动板或者变形成朝向基部 构件突出，或者振动板变形成朝向不面对基部构件的一侧突出。然而， 电极可布置成使得实现沿着允许振动板接近基部构件的方向以及允许 振动板与基部构件分离的方向突出的变形。在该布置中，例如，基部 构件的阀座可以形成为使得供墨流动通道和/或排墨流动通道通过使振 动板变形成沿着接近基部构件的方向突出而被关闭。例如，如图40和图41所示，包括在压力施加部分30H和开闭部 分31H、 32H中的三种类型的电极37H到39H被设置在压电材料层36 的上表面上。而且，在流动通道沿宽度方向的中央部分和两端处布置 三个电极作为电极37H到39H的每一个。即，对于电极37H， ^别在压力腔室23的沿流动通道宽度方向的中央部分和两端处布置三个电极37a、 37b、 37d。对于流动通道开闭电极38H，分别在供墨通道24的阀 座28的沿流动通道宽度方向的中央部分和两端处布置三个电极38a、 38b、 38d。另外，对于流动通道开闭电极39H，分别在排墨通道25的 阀座29的沿流动通道宽度方向的中央部分和两端处布置三个电极39a、 39b、 39d。另一方面，与各个电极相对应的电极37a'、 37b'、 37d'、 38a'、 38b'、 38d'、 39a'、 39b'、 39d'被布置在压电材料层36的下表面上。允许 设置在沿流动通道的宽度方向的两端处的电极通过用于电极37H到 39H中的每一个的未示出的配线彼此形成传导。相同的电位能够同时 施加到形成传导的电极。例如，对于电极37H，允许电极37a和电极 37b形成传导，并且允许电极37a'和电极37b'形成传导。对于电极38H， 以与上述相同的方式，允许电极38a和电极38b形成传导，并且允许 电极38a'和电极38b'形成传导。而且，对于电极39H，以与上述相同的 方式，允许电极39a和电极39b形成传导，并且允许电极39a邻电极 39b'形成传导。在该状态下，为了使得与振动板35的压力施加部分30H相对应的 区域变形成沿着如图42中双点划线所示的与基部构件分离的方向突 出，适当的是将预定电位施加到电极37a和电极37b，并且允许其它电 极37d、 37a'、 37b'、 37d'具有地电位。在这种情形下，电极37a和电极 37a'以及电极37b和电极37b'分别在压力腔室23的沿流动通道宽度方 向的两端处具有相互不同的电位。另一方面，电极37d和电极37d'在 压力腔室23的沿流动通道宽度方向的中央部分处具有相同的电位。因 此，在压力腔室23的沿流动通道宽度方向的两端处产生了压电效应， 并且振动板35变形成沿着与基部构件分离的方向突出。另一方面，为了使得与振动板35的压力施加部分30H相对应的区 域变形成沿着如图42中虚线所示的接近基部构件的方向突出，适当的 是将预定电位施加到电极37a、 37b、 37d和电极37a'、 37b'，并且允i午 电极37d'具有地电位。在这种情形下，电极37a和电极37a'以及电fe37b和电极37b'分别在压力腔室23的沿流动通道宽度方向的两端处具 有相同的电位。另一方面，电极37d和电极37d'在压力腔室23的沿流 动通道宽度方向的中央部分处具有不同的电位。因此，在压力腔室23 的沿流动通道宽度方向的中央部分处产生了压电效应，并且振动板35 变形成沿着接近基部构件的方向突出。通过以与上述与压力施加部分30H相对应的区域的情形相同的方 式向各个电极施加电位，与开闭部分31H、 32H相对应的振动板35的 区域能够沿着与基部构件分离的方向(见图43中的双点划线)和接近基 部构件的方向(见图43中的虚线)变形。根据该布置，通过仅仅切换施加到每一个电极的电位，振动板能 够变形成沿着与基部构件分离的方向和接近基部构件的方向突出。因 此，即便当采用相同的驱动电压时，与振动板仅仅沿着与基部构件分 离的方向和接近基部构件的方向中的任何一个方向变形的布置相比， 也能够保证振动板的大位移量。在上述实施例中，压力腔室的流动通道宽度和流动通道深度均比 供墨流动通道和排墨流动通道的宽度和深度大，从而压力腔室的流动 通道横截面积大于供墨流动通道和排墨流动通道的流动通道横截面 积。然而，可以压力腔室的流动通道宽度和流动通道深度中的仅一个 大于供墨流动通道和排墨流动通道的宽度和深度。当流动通道宽度增 加时，振动板的面对压力腔室的区域具有加宽的面积尺寸。因此，该 布置是优选的，因为压力腔室的容积变化能够随振动板的变形而增加。在上述实施例中，压电致动器设有用于分别打开和关闭供墨流动 通道和排墨流动通道的两个开闭部分。然而，这两个开闭部分中的任 何一个可被省去。即便在该布置中，当压力腔室中的墨的压力波动时， 则供墨流动通道和排墨流动通道中的一个被开闭部分关闭，并且因此 能够在一定程度上避免压力波从压力腔室泄漏。因此，能够高效地将压力施加到压力腔室中的墨。当下游侧的压力高于上游侧的压力时被 操作以避免任何回流的止回阀可以设置在省去了开闭部分的流动通道 中。而且，基部构件可以形成有压力腔室和与压力腔室连通的三个或 更多个流动通道。压电致动器可以设有用于分别打开/关闭该三个或者 更多个连通的流动通道的三个或更多个开闭部分。如由其中本发明被应用到喷墨打印机的供墨泵的实施例的情形所示例的，已经在上面解释了本发明。然而，可以应用本发明的形式不 限于此。例如，如图44所示，本发明可以应用到设置在用于存储液体燃料例如甲醇的燃料盒90和消耗液体燃料以产生电力的燃料电池91 之间并且将液体燃料输送到燃料箱的泵95。除了以上所述，本发明还 可应用到用于在微全分析系统OiTAS)中输送液体例如试剂溶液和/或生 物化学溶液的液体输送设备，以及用于在微型化学系统中输送液体例如溶剂和/或化学溶液的液体输送设备。
权利要求
1.一种液体输送设备，包括基部构件，该基部构件具有形成有压力腔室和液体流动通道的表面，该液体流动通道与该压力腔室连通，且具有比压力腔室的流动通道横截面积小的流动通道横截面积；以及压电致动器，该压电致动器具有对压力腔室中的液体施加压力的压力施加部分、以及打开和关闭液体流动通道的开闭部分，该压电致动器由叠层形成，该叠层包括振动板，该振动板布置在基部构件的所述表面上，且覆盖压力腔室和液体流动通道；压电材料层，该压电材料层布置在振动板的位于不面对基部构件的一侧的表面上；第一电极，该第一电极在压电材料层的一个表面上布置在该表面的与压力腔室对应的区域处；第二电极，该第二电极在压电材料层的一个表面上布置在该表面的与液体流动通道对应的区域处；以及第三电极，该第三电极在压电材料层上布置成面对第一电极和第二电极，其中该压力施加部分面对压力腔室，该开闭部分面对所述液体流动通道，并且压力施加部分和开闭部分沿着基部构件的所述表面布置。
2. 根据权利要求1的液体输送设备，其中在所述压力施加部分和 所述开闭部分之间设置低刚度部分，在该低刚度部分处，所述叠层的 刚度局部降低。
3. 根据权利要求2的液体输送设备，其中所述低刚度部分是在所 述振动板中形成在所述振动板的面对位于所述压力腔室和所述液体流 动通道之间的边界的区域处的凹槽。
4. 根据权利要求3的液体输送设备，其中所述凹槽形成在所述振动板的位于不面对所述基部构件的所述一侧的所述表面上。
5. 根据权利要求2的液体输送设备，其中所述低刚度部分是在所 述压电材料层中形成在所述压电材料层的面对位于所述压力腔室和所 述液体流动通道之间的边界的区域处的凹槽或通孔。
6. 根据权利要求1的液体输送设备，其中所述压力腔室的流动通 道宽度大于所述液体流动通道的流动通道宽度。
7. 根据权利要求1的液体输送设备，还包括分别通过独立配线连 接到所述第一电极和所述第二电极的驱动器，其中该驱动器通过以预 定定时对所述第一电极和所述第二电极中的每个电极施加预定电位而 独立地驱动所述压力施加部分和所述开闭部分。
8. 根据权利要求7的液体输送设备，其中所述预定电位包括彼此 不同的第一和第二预定电位；当第一预定电位从所述驱动器施加到所 述第二电极时，所述振动板在所述开闭部分处平行于所述基部构件的 所述表面，并且当第二预定电位施加到所述第二电极时，所述振动板 变形成在所述开闭部分处朝向所述基部构件突出；并且在所述基部构 件的所述液体流动通道中形成凹进阀座，该凹进阀座适合于所述振动 板朝向所述基部构件的突出变形，并且当所述振动板变形成朝向所述 基部构件突出从而邻接该凹进阀座时，所述液体流动通道被关闭。
9. 根据权利要求8的液体输送设备，其中所述第二电极在所述压 电材料层的设置于不面对所述基部构件的一侧的表面上布置在该表面 的面对所述液体流动通道的沿宽度方向的中央部分的区域处。
10. 根据权利要求7的液体输送设备，其中所述预定电位包括彼 此不同的第一和第二预定电位；当第一预定电位从所述驱动器施加到所述第二电极时，所述振动板在所述开闭部分处平行于所述基部构件 的所述表面，并且当第二预定电位施加到所述第二电极时，所述振动 板变形成在所述开闭部分处朝向不面对所述基部构件的一侧突出；并 且所述基部构件的所述液体流动通道具有坝形阀座，该坝形阀座沿着 宽度方向在整个液体流动通道上延伸，且具有位于与所述基部构件的 所述表面的平面相同的平面中的顶表面，并且当所述振动板变形成朝 向不面对所述基部构件的所述一侧突出时，在所述振动板和阀座的该 顶表面之间形成间隙，以打开所述液体流动通道。
11. 根据权利要求IO的液体输送设备，其中所述第二电极包括两 个第二电极部分，这两个第二电极部分在所述压电材料层的位于不面 对所述基部构件的所述一侧的表面上分别布置在该表面的如下区域 处，所述区域分别面对所述液体流动通道沿宽度方向的两端。
12. 根据权利要求1的液体输送设备，其中所述第一电极和所述 第二电极布置在所述压电材料层的一个表面上，并且所述第三电极布 置在所述压电材料层的另一个表面上。
13. 根据权利要求1的液体输送设备，其中在所述压电致动器中， 所述开闭部分包括第一和第二开闭部分；第一开闭部分打开和关闭所 述液体流动通道的相对于所述压力腔室位于沿液体输送方向的上游侧 的上游部分，并且第二开闭部分打开和关闭所述液体流动通道的相对 于所述压力腔室位于沿该液体输送方向的下游侧的下游部分。
14. 一种用于生产液体输送设备的方法，包括在基部构件的表面上形成压力腔室和液体流动通道，该液体流动 通道与该压力腔室连通，且具有比压力腔室的流动通道横截面积小的 流动通道横截面积；并且生产压电致动器，该压电致动器布置在该基部构件的所述表面上， 且包括压力施加部分和开闭部分，该压力施加部分对压力腔室中的液体施加压力，该开闭部分打开和关闭所述液体流动通道，其中，压电 致动器的生产包括在振动板的不面对基部构件的一侧上形成压电材料层，振动板接 合到基部构件的所述表面，以覆盖压力腔室和液体流动通道；并且在压电材料层的表面上分别在该表面的如下区域处布置第一电极 和第二电极，该表面面对压力腔室和液体流动通道；并且压电材料层的形成包括沉积压电材料粒子，以同时形成面对压力 腔室的压力施加部分的压电材料层、以及面对液体流动通道的开闭部 分的压电材料层。
15. 根据权利要求14的用于生产液体输送设备的方法，还包括接 合所述基部构件和所述压电致动器。
16. 根据权利要求15的用于生产液体输送设备的方法，其中所述 振动板是导电的。
17. 根据权利要求14的用于生产液体输送设备的方法，其中所述压电致动器的生产包括在形成所述压电材料层之前，在所述振动板的位于不面对所述基部构件的所述一侧的表面上布置第三电极，使得 该第三电极对应于所述压力腔室和所述液体流动通道。
全文摘要
一种液体输送设备，包括基部构件，该基部构件具有形成有压力腔室和液体流动通道的表面，该液体流动通道与该压力腔室连通，且具有比压力腔室的流动通道横截面积小的流动通道横截面积；以及压电致动器，该压电致动器具有对压力腔室中的液体施加压力的压力施加部分、以及打开和关闭液体流动通道的开闭部分。该压力施加部分面对压力腔室，开闭部分面对液体流动通道，并且压力施加部分和开闭部分沿着基部构件的所述表面布置。
文档编号F04B9/00GK101254702SQ20081000445
公开日2008年9月3日 申请日期2008年1月30日 优先权日2007年1月30日
发明者菅原宏人 申请人:兄弟工业株式会社