液体カートリッジおよび液体ポンプ
【課題】液体を流動させるための新規な機構を備え、内部の液体のかくはん、または液体の流動が可能な液体カートリッジを提供すること。
【解決手段】本発明にかかる液体カートリッジ１０００は、液体１１０を貯留する容器部１００と、液体１１０に浸漬され、液体１１０を流動させる板状の振動体２００と、振動体２００を厚み方向に振動させる駆動部３００と、を有し、振動体２００の面内方向の端部の少なくとも一部は、端に向かって連続的に薄くなっている。
【解決手段】本発明にかかる液体カートリッジ１０００は、液体１１０を貯留する容器部１００と、液体１１０に浸漬され、液体１１０を流動させる板状の振動体２００と、振動体２００を厚み方向に振動させる駆動部３００と、を有し、振動体２００の面内方向の端部の少なくとも一部は、端に向かって連続的に薄くなっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を貯蔵する液体カートリッジおよび液体ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を貯蔵する容器として、各種の液体カートリッジがある。これらの容器のうち、サイズの小さいものとしては、たとえば、万年筆のインクカートリッジや、インクジェット型プリンタに装備されるインクカートリッジがある。液体カートリッジは、液体が漏出しないように貯蔵することができる。このことによって、液体カートリッジは、液体の運搬、供給など、取り扱いが容易にできるようになっているのが普通である。
【０００３】
液体カートリッジが貯蔵する液体は、単純な液体に限らず、各種の分散体も対象となり多様である。それらのうちの代表的なものとしては、インクを挙げることができる。こういった液体は、貯蔵期間が長くなると、成分が沈降、分離してしまうことがあった。この問題に対しては、たとえば、各種の分散剤を液体に混合するなどの方法が検討されている。また、液体を再分散させる方法としては、液体カートリッジを振とうする方法や、液体カートリッジ内の液体をかくはんする方法が考えられる。このような方法のうち、液体カートリッジ内の液体をかくはんする方法は、液体カートリッジを振とうする方法よりも、これに要する空間スペースを小さくできるため大変有望である。さらに、液体をカートリッジから送出する場合、液体の量を適宜調整したり、遠方まで送出するためにポンピングする必要がある場合がある。
【０００４】
一方、液体を流動させる装置としては、船舶のスクリューや、各種のポンプがある。また、魚類のヒレ等も液体を流動させる装置とみることができる。この種の機構は、液体を効率的に流動させることができるように、形状や動作が選ばれているといえる。魚類のヒレの構造や原理は、これを応用して、ポンプ等に利用されることがある。たとえば、特開平５−２７２４９７号公報には、フィン（ヒレ）を回転軸の周りに所定の角度範囲内に往復回転駆動させて液体を流動させるポンプが開示されている。同公報のポンプは、小型で少ない構成要素により構成されるとの記載がある。そして、容器内の液体を流動させるために、同公報のようなポンプの機構を組み合わせることが考えられる。
【特許文献１】特開平５−２７２４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、液体カートリッジ内の液体を流動させたり外部に送出させるためには、上記のようなポンプを組み合わせただけでは未だ機構や動作が大がかりとなって小型化には向かない。また、回転軸を有する機構により駆動されるポンプの場合、回転軸を受けるベアリングや、流体を封止するシーリング等が必要となる。このようなシーリングもまた小型化する際の障害となる。また、スクリュー機構においては、液体の流速を高めるために回転速度を高めると、効率が非常に悪くなるという欠点もあった。
【０００６】
本発明にかかる目的の一つは、液体を流動させるための新規な機構を備え、内部の液体のかくはん、または液体の流動が可能な液体カートリッジを提供することである。
【０００７】
本発明にかかる目的の一つは、管内の液体を流動させることのできる小型な液体ポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかる液体カートリッジは、
液体を貯留する容器部と、
前記液体に浸漬され、前記液体を流動させる板状の振動体と、
前記振動体を厚み方向に振動させる駆動部と、
を有し、
前記振動体の面内方向の端部の少なくとも一部は、端に向かって連続的に薄くなっている。
【０００９】
このような液体カートリッジは、内部の液体のかくはん、または液体の流動が可能である。
【００１０】
本発明の液体カートリッジにおいて、
さらに、前記容器部に連通する流路部を有することができ、
前記流路部は、内部に前記液体を流通させることができる。
【００１１】
本発明の液体カートリッジにおいて、
前記駆動部は、前記振動体を屈曲させて振動させることができる。
【００１２】
本発明の液体カートリッジにおいて、
前記駆動部は、前記振動体全体の位置を移動させて振動させることができる。
【００１３】
本発明の液体カートリッジにおいて、
少なくとも前記振動体の薄くなっている領域が、前記液体に浸漬され、
前記液体は、前記振動体の厚み方向に垂直な方向、かつ、前記振動体が薄くなってゆく方向に速度成分を有して流動されることができる。
【００１４】
本発明の液体カートリッジにおいて、
前記駆動部は、圧電素子を有することができる。
【００１５】
本発明の液体カートリッジにおいて、
前記振動体が振動する周波数は、前記振動体の共振周波数、または前記振動体と前記駆動部とを含む全体の共振周波数であることができる。
【００１６】
本発明にかかる液体ポンプは、
内部を液体が通過する管部と、
前記液体に浸漬され、前記液体を前記管部内で流動させる板状の振動体と、
前記振動体を厚み方向に振動させる駆動部と、
を有し、
前記振動体の面内方向の端部の少なくとも一部は、端に向かって連続的に薄くなっている。
【００１７】
このような液体ポンプは、小型化が可能で、管内の液体を流動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例を説明するものである。
【００１９】
１．第１実施形態
１．１．液体カートリッジ
本実施形態にかかる液体カートリッジ１０００について図面を参照しながら説明する。図１は、液体カートリッジ１０００を模式的に示す断面図である。図２および図３は、いずれも液体カートリッジ１０００の振動体２００および駆動部３００を模式的に示す斜視図である。図４は、液体カートリッジ１０００の振動体２００および駆動部３００を模式的に示す平面図である。図５は、液体カートリッジ１０００の振動体２００および駆動部３００を模式的に示す断面図である。図４のＡ−Ａ線に沿った断面が図５に相当する。図６は、駆動部３００の基材３１０が駆動したときの基材３１０の変形および振動体２００の動作を模式的に示す断面図である。図７および図８は、振動体２００の一例を示す斜視図である。
【００２０】
本実施形態の液体カートリッジ１０００は、容器部１００と、振動体２００と、駆動部３００とを有する。容器部１００は、液体１１０を貯留することができる。容器部１００は、駆動部３００を取り付けることができる。容器部１００の形状は、内部に液体１１０を貯留できる形状であれば、図示の例のような断面が矩形である形状に限定されない。容器部１００は、液体１１０を注入する注入口や、液体１１０を排出する排出口を有していてもよい。容器部１００は、液体１１０を貯留し、液体１１０の保管、運搬等を可能にする。容器部１００の材質は、限定されない。容器部１００は、他の部材や液体１１０に劣化を起こさせないことなどを配慮して、樹脂、金属などとすることができる。
【００２１】
液体１１０は、容器部１００に貯留される。液体１１０は、容器部１００の内部の他に、容器部１００に連通する流路等があるときは、その部分に存在してもよい。液体１１０は、流動する物質であればよい。液体１１０は、たとえば、インク、エマルション、有機溶剤、有機溶液、有機無機混合液、水溶液などとすることができる。液体１１０は、液相と固相、および液相と液相が分離するような分散体であってもよい。
【００２２】
振動体２００は、容器部１００に貯留された液体１１０に浸漬される。振動体２００は、液体１１０を流動させることができる（この機構については後述する。）。本例では、振動体２００は容器部１００の下部に設けられているが、液体１１０に浸漬しうる位置であれば、容器部１００のどの部分に設けられてもよい。
【００２３】
駆動部３００は、図４および図５に示すように、基材３１０の上に圧電体層３２０ａ，３２０ｂを有し、さらにその上に電極３３０ａ，３３０ｂを有する。図示のように駆動部３００には、基材３１０の上に２つの圧電素子３４０ａ，３４０ｂが形成されている。
【００２４】
基材３１０は、駆動部３００の基体であり、駆動部３００の機械的な出力を外部に取り出すための部材である。基材３１０の形状は、図示の例では円盤状であり、容器部１００と接続することができるように周辺部が圧電体層３２０ａ，３２０ｂよりも外側に突出している。本例においては、基材３１０は、容器部１００の内壁の一部を兼ねている。基材３１０は、圧電体層３２０ａ，３２０ｂにより変形されることができる。圧電体層３２０ａ，３２０ｂは別体で図示したが、一体に形成すれば尚好ましい。基材３１０は、変形することにより接続された振動体２００などの他の部材を移動させることができる。本実施形態の基材３１０は、図６に示すように、面外の屈曲変形が可能である。本実施形態では、基材３１０の中央部に、接続治具３１２が設けられ、接続治具３１２を介して振動体２００が設けられている。したがって、基材３１０が変形することにより、振動体２００が位置を移動することができる。基材３１０の材質は、任意であるが、図示の例では、導電性を有する材質を用いている。そのため、基材３１０は、圧電体層３２０ａ，３２０ｂに電界を印加するための対となる電極の一方の電極となっている。また、図示の例では、基材３１０は、その上の圧電体層３２０ａ，３２０ｂのための共通電極として構成されている。基材３１０が導電性を有さない材質からなる場合は、圧電体層３２０ａ，３２０ｂに電界を印加するために、基材３１０の上に導電層等を設ければよい。
【００２５】
圧電体層３２０ａ，３２０ｂは、基材３１０の上に設けられる。圧電体層３２０ａ，３２０ｂは、それぞれ電界が印加されることにより基材３１０の面内方向に伸縮する。圧電体層３２０ａ，３２０ｂの伸縮に伴って、基材３１０が図６に示したように変形する。この変形により振動体２００は、厚み方向に振動することができる。圧電体層３２０ａ，３２０ｂの伸縮は、印加する電圧の極性や、圧電体層３２０ａ，３２０ｂを分極させる方向により任意に設計することができる。図４および図５の例では、圧電体層３２０ａ，３２０ｂの分極方向および電極３３０ａ，３３０ｂに印加される電界の方向が、圧電素子３４０ａ，３４０ｂが並ぶ方向（Ａ−Ａ線に沿う方向）に伸縮できるように構成されている。圧電体層３２０ａ，３２０ｂは、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ(Ｚｒ，Ｔｉ)Ｏ３）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３）などの圧電材料から形成されることができる。
【００２６】
電極３３０ａ，３３０ｂは、圧電体層３２０ａ，３２０ｂを挟んで基材３１０に対向して設けられる。電極３３０ａ，３３０ｂは、圧電体層３２０ａ，３２０ｂに電界を印加するための対となる電極のうちの一方の電極である。電極３３０ａ，３３０ｂは、基材３１０を伸縮するための電力を供給する。電極３３０ａ，３３０ｂは、導電性の材料で形成される。
【００２７】
振動体２００は、図１ないし図５に示すように、駆動部３００の基材３１０に接続治具３１２を介して設けられている。振動体２００は、駆動部３００の変形によって振動体２００が移動する方向が振動体２００の厚み方向となるように設けられている。振動体２００は、厚み方向の位置を連続して移動することができる。このような連続した動作が振動であって、振動の方向は、振動体２００の厚み方向に成分を有する方向（図中両方向の矢印で示す振動方向Ｂに沿う方向）である。振動体２００は、駆動部３００が動作したときに、厚み方向に動作の成分を有する向きに設けられていればよい。振動体２００と基材３１０との接合は、駆動部３００の動作が振動体２００に伝達できる限り、接続治具３１２等の他の部材を介さなくてもよい。
【００２８】
次に振動体２００の形状について述べる。振動体２００は、板状の形状を有する。図７に示すように、振動体２００は、面内方向の端部２２０の少なくとも一部（端部２４０）が、端Ｅ１に向かって連続的に薄くなっている。振動体２００は、少なくとも端Ｅ１に向かって連続的に薄くなっている部分（端部２４０）が液体１１０に浸漬されていればよい。振動体２００は、厚み方向Ｘに垂直な面（図７において点影で示した面）に対して角度φで傾斜した斜面Ｔ１および角度ψで傾斜した斜面Ｔ２を有している。
【００２９】
本実施形態において、板状物体の厚み方向とは、板状物体を内包し、かつ体積が最小となる直方体の最短の辺に沿う方向を指す。ただし、直方体の最短の辺に沿う方向に垂直な面に対して傾斜した斜面を有さない場合については、厚み方向は、前記直方体の２番目に短い辺に沿う方向とする。たとえば、振動体２００の形状が、図８に示したような形状である場合には、厚み方向は、原則としては、図８の第２方向となるが、第２方向に垂直な面（図８において点影で示した面）に対して、傾斜した斜面を有さない。そのため、このような場合は、例外として、振動体２０の厚み方向は、図８の第１方向とする。
【００３０】
次に、振動体２００の動作について詳述する。図９（ａ）、図９（ｂ）および図９（ｃ）は、振動体２００の作用を模式的に示した断面図である。図９は、振動体２００の斜面Ｔ１および斜面Ｔ２が、液体に浸漬された状態で、運動する様子を示している。図９（ａ）および図９（ｂ）は、振動体２００が、実線の矢印の示す方向に運動したときの様子である。図９（ｃ）は、振動体２００が、実線の両方向の矢印の方向に往復振動した様子を示す。図９（ａ）〜図９（ｃ）の破線の矢印は、液体の流動の様子を模式的に示している。
【００３１】
図９（ａ）に示すように、振動体２００が矢印の方向に移動したとき、斜面Ｔ２側に存在する液体は、斜面Ｔ２に押され、斜面Ｔ２に沿うような流れを生じる（左側の破線の矢印参照）。一方、このとき、斜面Ｔ１側に存在する液体には、斜面Ｔ１に引っ張られ、斜面Ｔ１に沿った流れを生じる。しかし、斜面Ｔ１側の液体は、斜面Ｔ１に引っ張られるため、斜面の移動速度が大きいと流れの乱れが大きく、該液体の流れの速度は、斜面Ｔ２側の液体の流れの速度よりも小さい（右側の破線の矢印参照）。したがって、振動体２００の周囲に生じる液体の流れとしては、斜面Ｔ２側および斜面Ｔ１側に存在する液体の流れの和となり、振動体２００が薄くなる方向に液体の流れを生じる。同様に、図９（ｂ）に示すように、図９（ａ）と反対の方向に振動体２００が移動する場合、振動体２００の周囲の液体には、振動体２００が薄くなる方向に流れが生じる。
【００３２】
図９（ｃ）では、振動体２００が、実線の両方向の矢印の方向に往復振動する。そのため、振動体２００の周囲に生じる液体の流れは、図９（ａ）および図９（ｂ）で示した、合計４本の破線の矢印で表した液体の流れの和となる。したがって、振動体２００が厚み方向に振動した場合、振動体２００の周囲の液体は、振動体２００が薄くなってゆく方向（図中矢印ｄの方向）に流れを生じることになる。
【００３３】
振動体２００が厚み方向に振動され、図９（ｃ）に示したような液体の流れを生じることのできる振動体２００の形状は、次のようなものである。（１）振動体２００は、面内方向の端部２２の少なくとも一部が、端に向かって薄くなっている。（２）振動体２００は、振動方向に垂直な面に対して傾斜している斜面を少なくとも１つ有する。そして、該斜面は、平面に限らず曲面であってもよい。
【００３４】
振動体２００および駆動部３００を合わせた全体、または、振動体２００は、それぞれ共振周波数を有する。上述した振動は、該共振周波数の近傍であると、エネルギーの損失が小さくなり、液体１１０の流れをより効率よく生じさせることができる。また、振動体２００を振動させる周波数は、自由に設定することができる。この振動の周波数は、振動体２００や液体カートリッジ１００の形状、大きさ、および、液体の性状を考慮して最適化されることができる。たとえば、振動体２００を振動させる場合の振動の周波数は、２０ｋＨｚないし１ＭＨｚとすることができる。振動体２００は、液体の種類によって、振動の周波数や振幅、斜面の大きさや角度などを適宜調整することにより、液体の流動の特性を変えることができる。
【００３５】
以上のように、振動体２００が駆動部３００によって振動され、液体１１０が流動する様子は、図１の破線矢印で示した。振動体２００の端部２２０が薄くなってゆく方向（図１においては振動体２００の右方向）に液体の流れが生じている。これにより、容器部１００の内部の液体１１０のかくはん、または流動が可能となる。このように、液体カートリッジ１０００は、スクリュー等回転軸を有する機構を有さないため、かくはん、流動のために占有する空間が非常に小さい機構で、容器部１００に貯留された液体１１０をかくはん、流動させることができる。
【００３６】
１．２．液体カートリッジの製造方法
本実施形態の液体カートリッジ１０００は、たとえば、以下のように製造することができる。液体カートリッジ１０００は、容器部１００、駆動部３００および振動体２００をそれぞれ製造し、これらを接合することによって製造することができる。
【００３７】
駆動部３００の製造方法としては、基材３１０に圧電体層３２０ａ，３２０ｂを形成する工程、圧電体層３２０ａ，３２０ｂの上に電極３３０ａ，３３０ｂを形成する工程を有することができる。基材３１０に圧電体層３２０ａ，３２０ｂを形成する工程は、たとえば、ゾルゲル法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によることができる。電極３３０ａ，３３０ｂを形成する工程は、スパッタ法、蒸着法等にて行うことができる。また、圧電体層３２０ａ，３２０ｂの分極処理は、基材３１０および電極３３０ａ，３３０ｂに電界を印加することにより行うことができる。
【００３８】
振動体２００は、たとえば、金属板を加工することにより製造することができる。上記のように製造した駆動部３００と、振動体２００との接合は、例えば、溶接、接着、ねじ等治具による固定などにより行うことができる。
【００３９】
容器部１００は、たとえば、ポリエチレン等の樹脂を射出成形して製造することができる。そして容器部１００に上記の駆動部３００および振動体２００を組み立て、液体カートリッジ１０００を製造することができる。
【００４０】
１．３．変形例
本実施形態の液体カートリッジは、以下に述べるように様々な変形実施が可能である。
【００４１】
図１０は、変形例にかかる液体カートリッジ２０００を模式的に示す断面図である。図１１は、液体カートリッジ２０００の振動体２００および駆動部３００を模式的に示す断面図である。図１２は、液体カートリッジ２０００の振動体２００および駆動部３００を模式的に示す平面図である。図１２のＡ−Ａ線断面が図１１に相当する。
【００４２】
液体カートリッジ２０００は、駆動部３００の構成および動作が液体カートリッジ１０００と異なる以外は、液体カートリッジ１０００と同様である。液体カートリッジ２０００の駆動部３００は、図１１および図１２に示すように、基材３１０が長手方向に伸縮振動することができ、振動体２００が厚み方向に振動するものである。本変形例の駆動部３００は、図１１および図１２に示すように、板状の基材３１０と、圧電素子３４０ｃ，３４０ｄから構成される。基材３１０は、圧電素子３４０ｃ，３４０ｄの共通する電極となっている。基材３１０は、一体的に形成された固定部３１６を有し、該固定部３１６を用いて固定部材３５０によって容器部１００に固定されている。図１１に示すように、板状の基材３１０の上および下にそれぞれ１つずつ圧電素子３４０ｃ，３４０ｄが設けられている。各圧電素子は、液体カートリッジ１０００と同様に構成されている。基材３１０に設けられた各圧電素子は、基材３１０が長手方向（図１２においてはＡ−Ａ線の方向）に伸縮するように駆動される。基材３１０が長手方向に伸縮すると、振動体２００は、厚み方向に位置を移動し、振動することができる（振動体２００の移動方向は、図中矢印Ｂで示した。）。なお、本変形例では、振動部２００、接続治具３１２、および基材３１０の一部が液体１１０に浸漬される。そして、基材３１０が容器部１００の壁を図１０に示すようなシーリング１０２によって貫通している。シーリング１０２は、液体１１０を漏出させず、かつ基材３１０の動作を妨げない機能を有している。シーリング１０２は、たとえば、ゴム等の樹脂材料で構成される。シーリング１０２は、回転軸等をシーリングするものと異なり、非常に単純な構造を有する。このように駆動部３００を変形した液体カートリッジ２０００によっても、上述と同様に振動体２００が厚み方向に振動され、図中破線の矢印で示したように、容器部１００内の液体１１０をかくはん、または流動させることができる。
【００４３】
図１３は、他の変形例にかかる液体カートリッジ３０００を模式的に示す断面図である。図１４は、液体カートリッジ３０００の振動体２００および駆動部３００を模式的に示す断面図である。図１５は、液体カートリッジ３０００の振動体２００および駆動部３００を模式的に示す平面図である。図１５のＡ−Ａ線断面が図１４に相当する。
【００４４】
液体カートリッジ３０００は、振動部２００の動作が上述の液体カートリッジ２０００と異なる点、容器部１００に流路部４００が設けられている点以外は、液体カートリッジ２０００と同様である。液体カートリッジ３０００の振動体２００は、図１４に示すように、基材３１０の長手方向と、振動体２００が薄くなってゆく方向が一致している。本変形例の駆動部３００は、液体カートリッジ２０００の場合と同様に、基材３１０の長手方向に伸縮振動する。図１４に示すように、本変形例の振動体２００は、重心Ｇ１が、基材３１０の振動のライン３１４から外れるように設けられている。振動体２００には、駆動部３００によって駆動された際に回転のモーメントが生じるため、振動体２００は、厚み方向に動作の成分を有して振動することができる。したがって、駆動部３００によって、振動体２００が振動させられると、振動体２００は、厚み方向に振動することができる（振動方向は、図１３、図１４中に矢印Ｂで示した。）。振動体２００は、本変形例においても、液体１１０に浸漬されており、図１３の破線矢印ａに示すように、液体１１０を流動させることができる。
【００４５】
液体カートリッジ３０００は、図１３に示すように、流路部４００を有することができる。流路部４００は、容器部１００と一体的に形成することができる。流路部４００は、容器部１００に貯留されている液体１１０を外部へ取り出したり、流路部４００を通じて液体１１０を容器部１００の内部に導入したりすることができる。本変形例の液体カートリッジ３０００では、流路部４００は、管状となっており、その内部に液体１１０を有している。本変形例の液体カートリッジ３０００は、流路部４００内の液体１１０に、振動体２００が浸漬されている。振動部２００が流路部４００内で振動すると、破線矢印ａの方向に液体１１０の流れを生じさせるとともに、破線矢印ｂのような液体１１０の流れを生じさせることができる。このような流路部４００を備えることで、たとえば粘性の大きい液体１１０を容器部１００から取り出すことをより容易に行わせることができる。
【００４６】
２．第２実施形態
２．１．液体ポンプ
本実施形態にかかる液体ポンプ４０００について、図面を参照しながら説明する。図１６は、液体ポンプ４０００およびその使用例を模式的に示す断面図である。
【００４７】
液体ポンプ４０００は、内部を液体１１０が通過する管部５００と、振動体２００と、駆動部３００と、を有する。振動体２００および駆動部３００は、上述した液体カートリッジと実質的に同様であるため、詳細な説明を省略する。液体ポンプ４０００は、振動体２００が厚み方向に振動することで液体１１０に流れを生じさせることができることを利用したポンプである。
【００４８】
管部５００は、筒状であり、液体１１０が内部を通過できる形状を有する。管部５００の壁材５０２は、たとえば、金属、樹脂等で構成される。振動体２００は、管部５００の内部に設けられる。振動体２００は、振動体２００が薄くなってゆく方向が、管部５００の長手方向（管部５００内部を液体１１０が流動できる方向）に一致するように配置される。壁材５０２の一部には、開口部５０４が設けられる。開口部５０２を通じて、振動体２００を配置および振動させるための部材（基材３１０）が貫通している。開口部５０２には、第１実施形態で述べたと同様のシーリング５０６が設けられている。駆動部３００の基材３１０は、振動体２００を第１実施形態で述べたと同様に、厚み方向に振動させることができる。液体１１０に浸漬された振動体２００が管部５００内で振動することにより、液体１１０は、管部５００の内部で流動することができる。駆動部３００は、固定部材３５０によって、壁材５０２に固定されている。以上のように液体ポンプ４０００が構成される。液体ポンプ４０００の製造は、第１実施形態で述べた液体カートリッジの製造方法と同様に、管部５００、駆動部３００および振動体２００をそれぞれ製造し、これらを接合することによって製造することができる。
【００４９】
以上のように、液体ポンプ４０００は、振動体２００を厚み方向に振動させる機構により液体１１０を流動させることができるため、非常に簡易で小型に構成することができる。また、液体ポンプ４０００は、管部５００内部の液体１１０を流動させることができることから、液体１１０を流動させるポンプとして利用できる他に、次に述べるような使用が可能である。
【００５０】
図１６に示すように、液体ポンプ４０００に管等を用いて、熱交換器６００を結合することができる。これにより液体１１０は、液体ポンプ４０００によって、循環することができる。このようにすれば、たとえば、循環型の熱交換機構として使用することができる。この場合、熱交換器６００は、複数設けられてもよい。
【００５１】
図１６に示す構成は、占有する空間スペースを非常に小さくすることもできる。したがって、このような液体ポンプ４０００は、たとえば、電子機器における放熱機構として利用できる。この場合、液体１１０としては、熱媒体機能を有する物質を選ぶことができ、熱交換器６００としては、各種のチラーを選択することができる。そして、たとえば、電子計算機のＣＰＵ等のチップの冷却、プロジェクターのランプ等の熱源の冷却に好適に使用することができる。
【００５２】
以上のように、本発明の実施形態について説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施形態にかかる液体カートリッジ１０００を模式的に示す断面図。
【図２】実施形態の駆動部３００および振動体２００を模式的に示す斜視図。
【図３】実施形態の駆動部３００および振動体２００を模式的に示す斜視図。
【図４】実施形態にかかる駆動部３００および振動体２００を模式的に示す平面図。
【図５】実施形態にかかる駆動部３００および振動体２００を模式的に示す平面図。
【図６】実施形態の基材３１０および振動体２００の動作を模式的に示す概略図。
【図７】実施形態にかかる振動体２００を模式的に示す斜視図。
【図８】実施形態にかかる振動体２００を模式的に示す斜視図。
【図９】実施形態にかかる振動体２００の作用を模式的に示す概略図。
【図１０】変形例にかかる液体カートリッジ２０００を模式的に示す断面図。
【図１１】変形例の駆動部３００および振動体２００を模式的に示す断面図。
【図１２】変形例の駆動部３００および振動体２００を模式的に示す平面図。
【図１３】変形例にかかる液体カートリッジ３０００を模式的に示す断面図。
【図１４】変形例の駆動部３００および振動体２００を模式的に示す断面図。
【図１５】変形例の駆動部３００および振動体２００を模式的に示す平面図。
【図１６】実施形態にかかる液体ポンプ４０００を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００５４】
１００ 容器部、１０２ シーリング、１１０ 液体、２００ 振動体、２２０，２４０ 端部、３００ 駆動部、３１０ 基材、３１２ 接続治具、３１４ ライン、３１６ 固定部、３２０ａ〜３２０ｆ 圧電体層、３３０ａ〜３３０ｆ 電極、３４０ａ〜３４０ｆ 圧電素子、３５０ 固定治具、４００ 流路部、５００ 管部、５０２ 壁材、５０４ 開口部、５０６ シーリング、６００ 熱交換器、１０００〜３０００ 液体カートリッジ、４０００ 液体ポンプ、Ｔ１，Ｔ２ 斜面、Ｅ１ 端、Ｂ 振動方向、Ｘ 厚み方向、Ｇ１ 重心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を貯蔵する液体カートリッジおよび液体ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を貯蔵する容器として、各種の液体カートリッジがある。これらの容器のうち、サイズの小さいものとしては、たとえば、万年筆のインクカートリッジや、インクジェット型プリンタに装備されるインクカートリッジがある。液体カートリッジは、液体が漏出しないように貯蔵することができる。このことによって、液体カートリッジは、液体の運搬、供給など、取り扱いが容易にできるようになっているのが普通である。
【０００３】
液体カートリッジが貯蔵する液体は、単純な液体に限らず、各種の分散体も対象となり多様である。それらのうちの代表的なものとしては、インクを挙げることができる。こういった液体は、貯蔵期間が長くなると、成分が沈降、分離してしまうことがあった。この問題に対しては、たとえば、各種の分散剤を液体に混合するなどの方法が検討されている。また、液体を再分散させる方法としては、液体カートリッジを振とうする方法や、液体カートリッジ内の液体をかくはんする方法が考えられる。このような方法のうち、液体カートリッジ内の液体をかくはんする方法は、液体カートリッジを振とうする方法よりも、これに要する空間スペースを小さくできるため大変有望である。さらに、液体をカートリッジから送出する場合、液体の量を適宜調整したり、遠方まで送出するためにポンピングする必要がある場合がある。
【０００４】
一方、液体を流動させる装置としては、船舶のスクリューや、各種のポンプがある。また、魚類のヒレ等も液体を流動させる装置とみることができる。この種の機構は、液体を効率的に流動させることができるように、形状や動作が選ばれているといえる。魚類のヒレの構造や原理は、これを応用して、ポンプ等に利用されることがある。たとえば、特開平５−２７２４９７号公報には、フィン（ヒレ）を回転軸の周りに所定の角度範囲内に往復回転駆動させて液体を流動させるポンプが開示されている。同公報のポンプは、小型で少ない構成要素により構成されるとの記載がある。そして、容器内の液体を流動させるために、同公報のようなポンプの機構を組み合わせることが考えられる。
【特許文献１】特開平５−２７２４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、液体カートリッジ内の液体を流動させたり外部に送出させるためには、上記のようなポンプを組み合わせただけでは未だ機構や動作が大がかりとなって小型化には向かない。また、回転軸を有する機構により駆動されるポンプの場合、回転軸を受けるベアリングや、流体を封止するシーリング等が必要となる。このようなシーリングもまた小型化する際の障害となる。また、スクリュー機構においては、液体の流速を高めるために回転速度を高めると、効率が非常に悪くなるという欠点もあった。
【０００６】
本発明にかかる目的の一つは、液体を流動させるための新規な機構を備え、内部の液体のかくはん、または液体の流動が可能な液体カートリッジを提供することである。
【０００７】
本発明にかかる目的の一つは、管内の液体を流動させることのできる小型な液体ポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかる液体カートリッジは、
液体を貯留する容器部と、
前記液体に浸漬され、前記液体を流動させる板状の振動体と、
前記振動体を厚み方向に振動させる駆動部と、
を有し、
前記振動体の面内方向の端部の少なくとも一部は、端に向かって連続的に薄くなっている。
【０００９】
このような液体カートリッジは、内部の液体のかくはん、または液体の流動が可能である。
【００１０】
本発明の液体カートリッジにおいて、
さらに、前記容器部に連通する流路部を有することができ、
前記流路部は、内部に前記液体を流通させることができる。
【００１１】
本発明の液体カートリッジにおいて、
前記駆動部は、前記振動体を屈曲させて振動させることができる。
【００１２】
本発明の液体カートリッジにおいて、
前記駆動部は、前記振動体全体の位置を移動させて振動させることができる。
【００１３】
本発明の液体カートリッジにおいて、
少なくとも前記振動体の薄くなっている領域が、前記液体に浸漬され、
前記液体は、前記振動体の厚み方向に垂直な方向、かつ、前記振動体が薄くなってゆく方向に速度成分を有して流動されることができる。
【００１４】
本発明の液体カートリッジにおいて、
前記駆動部は、圧電素子を有することができる。
【００１５】
本発明の液体カートリッジにおいて、
前記振動体が振動する周波数は、前記振動体の共振周波数、または前記振動体と前記駆動部とを含む全体の共振周波数であることができる。
【００１６】
本発明にかかる液体ポンプは、
内部を液体が通過する管部と、
前記液体に浸漬され、前記液体を前記管部内で流動させる板状の振動体と、
前記振動体を厚み方向に振動させる駆動部と、
を有し、
前記振動体の面内方向の端部の少なくとも一部は、端に向かって連続的に薄くなっている。
【００１７】
このような液体ポンプは、小型化が可能で、管内の液体を流動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例を説明するものである。
【００１９】
１．第１実施形態
１．１．液体カートリッジ
本実施形態にかかる液体カートリッジ１０００について図面を参照しながら説明する。図１は、液体カートリッジ１０００を模式的に示す断面図である。図２および図３は、いずれも液体カートリッジ１０００の振動体２００および駆動部３００を模式的に示す斜視図である。図４は、液体カートリッジ１０００の振動体２００および駆動部３００を模式的に示す平面図である。図５は、液体カートリッジ１０００の振動体２００および駆動部３００を模式的に示す断面図である。図４のＡ−Ａ線に沿った断面が図５に相当する。図６は、駆動部３００の基材３１０が駆動したときの基材３１０の変形および振動体２００の動作を模式的に示す断面図である。図７および図８は、振動体２００の一例を示す斜視図である。
【００２０】
本実施形態の液体カートリッジ１０００は、容器部１００と、振動体２００と、駆動部３００とを有する。容器部１００は、液体１１０を貯留することができる。容器部１００は、駆動部３００を取り付けることができる。容器部１００の形状は、内部に液体１１０を貯留できる形状であれば、図示の例のような断面が矩形である形状に限定されない。容器部１００は、液体１１０を注入する注入口や、液体１１０を排出する排出口を有していてもよい。容器部１００は、液体１１０を貯留し、液体１１０の保管、運搬等を可能にする。容器部１００の材質は、限定されない。容器部１００は、他の部材や液体１１０に劣化を起こさせないことなどを配慮して、樹脂、金属などとすることができる。
【００２１】
液体１１０は、容器部１００に貯留される。液体１１０は、容器部１００の内部の他に、容器部１００に連通する流路等があるときは、その部分に存在してもよい。液体１１０は、流動する物質であればよい。液体１１０は、たとえば、インク、エマルション、有機溶剤、有機溶液、有機無機混合液、水溶液などとすることができる。液体１１０は、液相と固相、および液相と液相が分離するような分散体であってもよい。
【００２２】
振動体２００は、容器部１００に貯留された液体１１０に浸漬される。振動体２００は、液体１１０を流動させることができる（この機構については後述する。）。本例では、振動体２００は容器部１００の下部に設けられているが、液体１１０に浸漬しうる位置であれば、容器部１００のどの部分に設けられてもよい。
【００２３】
駆動部３００は、図４および図５に示すように、基材３１０の上に圧電体層３２０ａ，３２０ｂを有し、さらにその上に電極３３０ａ，３３０ｂを有する。図示のように駆動部３００には、基材３１０の上に２つの圧電素子３４０ａ，３４０ｂが形成されている。
【００２４】
基材３１０は、駆動部３００の基体であり、駆動部３００の機械的な出力を外部に取り出すための部材である。基材３１０の形状は、図示の例では円盤状であり、容器部１００と接続することができるように周辺部が圧電体層３２０ａ，３２０ｂよりも外側に突出している。本例においては、基材３１０は、容器部１００の内壁の一部を兼ねている。基材３１０は、圧電体層３２０ａ，３２０ｂにより変形されることができる。圧電体層３２０ａ，３２０ｂは別体で図示したが、一体に形成すれば尚好ましい。基材３１０は、変形することにより接続された振動体２００などの他の部材を移動させることができる。本実施形態の基材３１０は、図６に示すように、面外の屈曲変形が可能である。本実施形態では、基材３１０の中央部に、接続治具３１２が設けられ、接続治具３１２を介して振動体２００が設けられている。したがって、基材３１０が変形することにより、振動体２００が位置を移動することができる。基材３１０の材質は、任意であるが、図示の例では、導電性を有する材質を用いている。そのため、基材３１０は、圧電体層３２０ａ，３２０ｂに電界を印加するための対となる電極の一方の電極となっている。また、図示の例では、基材３１０は、その上の圧電体層３２０ａ，３２０ｂのための共通電極として構成されている。基材３１０が導電性を有さない材質からなる場合は、圧電体層３２０ａ，３２０ｂに電界を印加するために、基材３１０の上に導電層等を設ければよい。
【００２５】
圧電体層３２０ａ，３２０ｂは、基材３１０の上に設けられる。圧電体層３２０ａ，３２０ｂは、それぞれ電界が印加されることにより基材３１０の面内方向に伸縮する。圧電体層３２０ａ，３２０ｂの伸縮に伴って、基材３１０が図６に示したように変形する。この変形により振動体２００は、厚み方向に振動することができる。圧電体層３２０ａ，３２０ｂの伸縮は、印加する電圧の極性や、圧電体層３２０ａ，３２０ｂを分極させる方向により任意に設計することができる。図４および図５の例では、圧電体層３２０ａ，３２０ｂの分極方向および電極３３０ａ，３３０ｂに印加される電界の方向が、圧電素子３４０ａ，３４０ｂが並ぶ方向（Ａ−Ａ線に沿う方向）に伸縮できるように構成されている。圧電体層３２０ａ，３２０ｂは、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ(Ｚｒ，Ｔｉ)Ｏ３）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３）などの圧電材料から形成されることができる。
【００２６】
電極３３０ａ，３３０ｂは、圧電体層３２０ａ，３２０ｂを挟んで基材３１０に対向して設けられる。電極３３０ａ，３３０ｂは、圧電体層３２０ａ，３２０ｂに電界を印加するための対となる電極のうちの一方の電極である。電極３３０ａ，３３０ｂは、基材３１０を伸縮するための電力を供給する。電極３３０ａ，３３０ｂは、導電性の材料で形成される。
【００２７】
振動体２００は、図１ないし図５に示すように、駆動部３００の基材３１０に接続治具３１２を介して設けられている。振動体２００は、駆動部３００の変形によって振動体２００が移動する方向が振動体２００の厚み方向となるように設けられている。振動体２００は、厚み方向の位置を連続して移動することができる。このような連続した動作が振動であって、振動の方向は、振動体２００の厚み方向に成分を有する方向（図中両方向の矢印で示す振動方向Ｂに沿う方向）である。振動体２００は、駆動部３００が動作したときに、厚み方向に動作の成分を有する向きに設けられていればよい。振動体２００と基材３１０との接合は、駆動部３００の動作が振動体２００に伝達できる限り、接続治具３１２等の他の部材を介さなくてもよい。
【００２８】
次に振動体２００の形状について述べる。振動体２００は、板状の形状を有する。図７に示すように、振動体２００は、面内方向の端部２２０の少なくとも一部（端部２４０）が、端Ｅ１に向かって連続的に薄くなっている。振動体２００は、少なくとも端Ｅ１に向かって連続的に薄くなっている部分（端部２４０）が液体１１０に浸漬されていればよい。振動体２００は、厚み方向Ｘに垂直な面（図７において点影で示した面）に対して角度φで傾斜した斜面Ｔ１および角度ψで傾斜した斜面Ｔ２を有している。
【００２９】
本実施形態において、板状物体の厚み方向とは、板状物体を内包し、かつ体積が最小となる直方体の最短の辺に沿う方向を指す。ただし、直方体の最短の辺に沿う方向に垂直な面に対して傾斜した斜面を有さない場合については、厚み方向は、前記直方体の２番目に短い辺に沿う方向とする。たとえば、振動体２００の形状が、図８に示したような形状である場合には、厚み方向は、原則としては、図８の第２方向となるが、第２方向に垂直な面（図８において点影で示した面）に対して、傾斜した斜面を有さない。そのため、このような場合は、例外として、振動体２０の厚み方向は、図８の第１方向とする。
【００３０】
次に、振動体２００の動作について詳述する。図９（ａ）、図９（ｂ）および図９（ｃ）は、振動体２００の作用を模式的に示した断面図である。図９は、振動体２００の斜面Ｔ１および斜面Ｔ２が、液体に浸漬された状態で、運動する様子を示している。図９（ａ）および図９（ｂ）は、振動体２００が、実線の矢印の示す方向に運動したときの様子である。図９（ｃ）は、振動体２００が、実線の両方向の矢印の方向に往復振動した様子を示す。図９（ａ）〜図９（ｃ）の破線の矢印は、液体の流動の様子を模式的に示している。
【００３１】
図９（ａ）に示すように、振動体２００が矢印の方向に移動したとき、斜面Ｔ２側に存在する液体は、斜面Ｔ２に押され、斜面Ｔ２に沿うような流れを生じる（左側の破線の矢印参照）。一方、このとき、斜面Ｔ１側に存在する液体には、斜面Ｔ１に引っ張られ、斜面Ｔ１に沿った流れを生じる。しかし、斜面Ｔ１側の液体は、斜面Ｔ１に引っ張られるため、斜面の移動速度が大きいと流れの乱れが大きく、該液体の流れの速度は、斜面Ｔ２側の液体の流れの速度よりも小さい（右側の破線の矢印参照）。したがって、振動体２００の周囲に生じる液体の流れとしては、斜面Ｔ２側および斜面Ｔ１側に存在する液体の流れの和となり、振動体２００が薄くなる方向に液体の流れを生じる。同様に、図９（ｂ）に示すように、図９（ａ）と反対の方向に振動体２００が移動する場合、振動体２００の周囲の液体には、振動体２００が薄くなる方向に流れが生じる。
【００３２】
図９（ｃ）では、振動体２００が、実線の両方向の矢印の方向に往復振動する。そのため、振動体２００の周囲に生じる液体の流れは、図９（ａ）および図９（ｂ）で示した、合計４本の破線の矢印で表した液体の流れの和となる。したがって、振動体２００が厚み方向に振動した場合、振動体２００の周囲の液体は、振動体２００が薄くなってゆく方向（図中矢印ｄの方向）に流れを生じることになる。
【００３３】
振動体２００が厚み方向に振動され、図９（ｃ）に示したような液体の流れを生じることのできる振動体２００の形状は、次のようなものである。（１）振動体２００は、面内方向の端部２２の少なくとも一部が、端に向かって薄くなっている。（２）振動体２００は、振動方向に垂直な面に対して傾斜している斜面を少なくとも１つ有する。そして、該斜面は、平面に限らず曲面であってもよい。
【００３４】
振動体２００および駆動部３００を合わせた全体、または、振動体２００は、それぞれ共振周波数を有する。上述した振動は、該共振周波数の近傍であると、エネルギーの損失が小さくなり、液体１１０の流れをより効率よく生じさせることができる。また、振動体２００を振動させる周波数は、自由に設定することができる。この振動の周波数は、振動体２００や液体カートリッジ１００の形状、大きさ、および、液体の性状を考慮して最適化されることができる。たとえば、振動体２００を振動させる場合の振動の周波数は、２０ｋＨｚないし１ＭＨｚとすることができる。振動体２００は、液体の種類によって、振動の周波数や振幅、斜面の大きさや角度などを適宜調整することにより、液体の流動の特性を変えることができる。
【００３５】
以上のように、振動体２００が駆動部３００によって振動され、液体１１０が流動する様子は、図１の破線矢印で示した。振動体２００の端部２２０が薄くなってゆく方向（図１においては振動体２００の右方向）に液体の流れが生じている。これにより、容器部１００の内部の液体１１０のかくはん、または流動が可能となる。このように、液体カートリッジ１０００は、スクリュー等回転軸を有する機構を有さないため、かくはん、流動のために占有する空間が非常に小さい機構で、容器部１００に貯留された液体１１０をかくはん、流動させることができる。
【００３６】
１．２．液体カートリッジの製造方法
本実施形態の液体カートリッジ１０００は、たとえば、以下のように製造することができる。液体カートリッジ１０００は、容器部１００、駆動部３００および振動体２００をそれぞれ製造し、これらを接合することによって製造することができる。
【００３７】
駆動部３００の製造方法としては、基材３１０に圧電体層３２０ａ，３２０ｂを形成する工程、圧電体層３２０ａ，３２０ｂの上に電極３３０ａ，３３０ｂを形成する工程を有することができる。基材３１０に圧電体層３２０ａ，３２０ｂを形成する工程は、たとえば、ゾルゲル法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によることができる。電極３３０ａ，３３０ｂを形成する工程は、スパッタ法、蒸着法等にて行うことができる。また、圧電体層３２０ａ，３２０ｂの分極処理は、基材３１０および電極３３０ａ，３３０ｂに電界を印加することにより行うことができる。
【００３８】
振動体２００は、たとえば、金属板を加工することにより製造することができる。上記のように製造した駆動部３００と、振動体２００との接合は、例えば、溶接、接着、ねじ等治具による固定などにより行うことができる。
【００３９】
容器部１００は、たとえば、ポリエチレン等の樹脂を射出成形して製造することができる。そして容器部１００に上記の駆動部３００および振動体２００を組み立て、液体カートリッジ１０００を製造することができる。
【００４０】
１．３．変形例
本実施形態の液体カートリッジは、以下に述べるように様々な変形実施が可能である。
【００４１】
図１０は、変形例にかかる液体カートリッジ２０００を模式的に示す断面図である。図１１は、液体カートリッジ２０００の振動体２００および駆動部３００を模式的に示す断面図である。図１２は、液体カートリッジ２０００の振動体２００および駆動部３００を模式的に示す平面図である。図１２のＡ−Ａ線断面が図１１に相当する。
【００４２】
液体カートリッジ２０００は、駆動部３００の構成および動作が液体カートリッジ１０００と異なる以外は、液体カートリッジ１０００と同様である。液体カートリッジ２０００の駆動部３００は、図１１および図１２に示すように、基材３１０が長手方向に伸縮振動することができ、振動体２００が厚み方向に振動するものである。本変形例の駆動部３００は、図１１および図１２に示すように、板状の基材３１０と、圧電素子３４０ｃ，３４０ｄから構成される。基材３１０は、圧電素子３４０ｃ，３４０ｄの共通する電極となっている。基材３１０は、一体的に形成された固定部３１６を有し、該固定部３１６を用いて固定部材３５０によって容器部１００に固定されている。図１１に示すように、板状の基材３１０の上および下にそれぞれ１つずつ圧電素子３４０ｃ，３４０ｄが設けられている。各圧電素子は、液体カートリッジ１０００と同様に構成されている。基材３１０に設けられた各圧電素子は、基材３１０が長手方向（図１２においてはＡ−Ａ線の方向）に伸縮するように駆動される。基材３１０が長手方向に伸縮すると、振動体２００は、厚み方向に位置を移動し、振動することができる（振動体２００の移動方向は、図中矢印Ｂで示した。）。なお、本変形例では、振動部２００、接続治具３１２、および基材３１０の一部が液体１１０に浸漬される。そして、基材３１０が容器部１００の壁を図１０に示すようなシーリング１０２によって貫通している。シーリング１０２は、液体１１０を漏出させず、かつ基材３１０の動作を妨げない機能を有している。シーリング１０２は、たとえば、ゴム等の樹脂材料で構成される。シーリング１０２は、回転軸等をシーリングするものと異なり、非常に単純な構造を有する。このように駆動部３００を変形した液体カートリッジ２０００によっても、上述と同様に振動体２００が厚み方向に振動され、図中破線の矢印で示したように、容器部１００内の液体１１０をかくはん、または流動させることができる。
【００４３】
図１３は、他の変形例にかかる液体カートリッジ３０００を模式的に示す断面図である。図１４は、液体カートリッジ３０００の振動体２００および駆動部３００を模式的に示す断面図である。図１５は、液体カートリッジ３０００の振動体２００および駆動部３００を模式的に示す平面図である。図１５のＡ−Ａ線断面が図１４に相当する。
【００４４】
液体カートリッジ３０００は、振動部２００の動作が上述の液体カートリッジ２０００と異なる点、容器部１００に流路部４００が設けられている点以外は、液体カートリッジ２０００と同様である。液体カートリッジ３０００の振動体２００は、図１４に示すように、基材３１０の長手方向と、振動体２００が薄くなってゆく方向が一致している。本変形例の駆動部３００は、液体カートリッジ２０００の場合と同様に、基材３１０の長手方向に伸縮振動する。図１４に示すように、本変形例の振動体２００は、重心Ｇ１が、基材３１０の振動のライン３１４から外れるように設けられている。振動体２００には、駆動部３００によって駆動された際に回転のモーメントが生じるため、振動体２００は、厚み方向に動作の成分を有して振動することができる。したがって、駆動部３００によって、振動体２００が振動させられると、振動体２００は、厚み方向に振動することができる（振動方向は、図１３、図１４中に矢印Ｂで示した。）。振動体２００は、本変形例においても、液体１１０に浸漬されており、図１３の破線矢印ａに示すように、液体１１０を流動させることができる。
【００４５】
液体カートリッジ３０００は、図１３に示すように、流路部４００を有することができる。流路部４００は、容器部１００と一体的に形成することができる。流路部４００は、容器部１００に貯留されている液体１１０を外部へ取り出したり、流路部４００を通じて液体１１０を容器部１００の内部に導入したりすることができる。本変形例の液体カートリッジ３０００では、流路部４００は、管状となっており、その内部に液体１１０を有している。本変形例の液体カートリッジ３０００は、流路部４００内の液体１１０に、振動体２００が浸漬されている。振動部２００が流路部４００内で振動すると、破線矢印ａの方向に液体１１０の流れを生じさせるとともに、破線矢印ｂのような液体１１０の流れを生じさせることができる。このような流路部４００を備えることで、たとえば粘性の大きい液体１１０を容器部１００から取り出すことをより容易に行わせることができる。
【００４６】
２．第２実施形態
２．１．液体ポンプ
本実施形態にかかる液体ポンプ４０００について、図面を参照しながら説明する。図１６は、液体ポンプ４０００およびその使用例を模式的に示す断面図である。
【００４７】
液体ポンプ４０００は、内部を液体１１０が通過する管部５００と、振動体２００と、駆動部３００と、を有する。振動体２００および駆動部３００は、上述した液体カートリッジと実質的に同様であるため、詳細な説明を省略する。液体ポンプ４０００は、振動体２００が厚み方向に振動することで液体１１０に流れを生じさせることができることを利用したポンプである。
【００４８】
管部５００は、筒状であり、液体１１０が内部を通過できる形状を有する。管部５００の壁材５０２は、たとえば、金属、樹脂等で構成される。振動体２００は、管部５００の内部に設けられる。振動体２００は、振動体２００が薄くなってゆく方向が、管部５００の長手方向（管部５００内部を液体１１０が流動できる方向）に一致するように配置される。壁材５０２の一部には、開口部５０４が設けられる。開口部５０２を通じて、振動体２００を配置および振動させるための部材（基材３１０）が貫通している。開口部５０２には、第１実施形態で述べたと同様のシーリング５０６が設けられている。駆動部３００の基材３１０は、振動体２００を第１実施形態で述べたと同様に、厚み方向に振動させることができる。液体１１０に浸漬された振動体２００が管部５００内で振動することにより、液体１１０は、管部５００の内部で流動することができる。駆動部３００は、固定部材３５０によって、壁材５０２に固定されている。以上のように液体ポンプ４０００が構成される。液体ポンプ４０００の製造は、第１実施形態で述べた液体カートリッジの製造方法と同様に、管部５００、駆動部３００および振動体２００をそれぞれ製造し、これらを接合することによって製造することができる。
【００４９】
以上のように、液体ポンプ４０００は、振動体２００を厚み方向に振動させる機構により液体１１０を流動させることができるため、非常に簡易で小型に構成することができる。また、液体ポンプ４０００は、管部５００内部の液体１１０を流動させることができることから、液体１１０を流動させるポンプとして利用できる他に、次に述べるような使用が可能である。
【００５０】
図１６に示すように、液体ポンプ４０００に管等を用いて、熱交換器６００を結合することができる。これにより液体１１０は、液体ポンプ４０００によって、循環することができる。このようにすれば、たとえば、循環型の熱交換機構として使用することができる。この場合、熱交換器６００は、複数設けられてもよい。
【００５１】
図１６に示す構成は、占有する空間スペースを非常に小さくすることもできる。したがって、このような液体ポンプ４０００は、たとえば、電子機器における放熱機構として利用できる。この場合、液体１１０としては、熱媒体機能を有する物質を選ぶことができ、熱交換器６００としては、各種のチラーを選択することができる。そして、たとえば、電子計算機のＣＰＵ等のチップの冷却、プロジェクターのランプ等の熱源の冷却に好適に使用することができる。
【００５２】
以上のように、本発明の実施形態について説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施形態にかかる液体カートリッジ１０００を模式的に示す断面図。
【図２】実施形態の駆動部３００および振動体２００を模式的に示す斜視図。
【図３】実施形態の駆動部３００および振動体２００を模式的に示す斜視図。
【図４】実施形態にかかる駆動部３００および振動体２００を模式的に示す平面図。
【図５】実施形態にかかる駆動部３００および振動体２００を模式的に示す平面図。
【図６】実施形態の基材３１０および振動体２００の動作を模式的に示す概略図。
【図７】実施形態にかかる振動体２００を模式的に示す斜視図。
【図８】実施形態にかかる振動体２００を模式的に示す斜視図。
【図９】実施形態にかかる振動体２００の作用を模式的に示す概略図。
【図１０】変形例にかかる液体カートリッジ２０００を模式的に示す断面図。
【図１１】変形例の駆動部３００および振動体２００を模式的に示す断面図。
【図１２】変形例の駆動部３００および振動体２００を模式的に示す平面図。
【図１３】変形例にかかる液体カートリッジ３０００を模式的に示す断面図。
【図１４】変形例の駆動部３００および振動体２００を模式的に示す断面図。
【図１５】変形例の駆動部３００および振動体２００を模式的に示す平面図。
【図１６】実施形態にかかる液体ポンプ４０００を模式的に示す断面図。
【符号の説明】
【００５４】
１００ 容器部、１０２ シーリング、１１０ 液体、２００ 振動体、２２０，２４０ 端部、３００ 駆動部、３１０ 基材、３１２ 接続治具、３１４ ライン、３１６ 固定部、３２０ａ〜３２０ｆ 圧電体層、３３０ａ〜３３０ｆ 電極、３４０ａ〜３４０ｆ 圧電素子、３５０ 固定治具、４００ 流路部、５００ 管部、５０２ 壁材、５０４ 開口部、５０６ シーリング、６００ 熱交換器、１０００〜３０００ 液体カートリッジ、４０００ 液体ポンプ、Ｔ１，Ｔ２ 斜面、Ｅ１ 端、Ｂ 振動方向、Ｘ 厚み方向、Ｇ１ 重心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留する容器部と、
前記液体に浸漬され、前記液体を流動させる板状の振動体と、
前記振動体を厚み方向に振動させる駆動部と、
を有し、
前記振動体の面内方向の端部の少なくとも一部は、端に向かって連続的に薄くなっている、液体カートリッジ。
【請求項２】
請求項１において、
さらに、前記容器部に連通する流路部を有し、
前記流路部は、内部に前記液体を流通させる、液体カートリッジ。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記駆動部は、前記振動体を屈曲させて振動させる、液体カートリッジ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、
前記駆動部は、前記振動体全体の位置を移動させて振動させる、液体カートリッジ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、
少なくとも前記振動体の薄くなっている領域が、前記液体に浸漬され、
前記液体は、前記振動体の厚み方向に垂直な方向、かつ、前記振動体が薄くなってゆく方向に速度成分を有して流動される、液体カートリッジ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、
前記駆動部は、圧電素子を有する、液体カートリッジ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかにおいて、
前記振動体が振動する周波数は、前記振動体の共振周波数、または前記振動体と前記駆動部とを含む全体の共振周波数である、液体カートリッジ。
【請求項８】
内部を液体が通過する管部と、
前記液体に浸漬され、前記液体を前記管部内で流動させる板状の振動体と、
前記振動体を厚み方向に振動させる駆動部と、
を有し、
前記振動体の面内方向の端部の少なくとも一部は、端に向かって連続的に薄くなっている、液体ポンプ。
【請求項１】
液体を貯留する容器部と、
前記液体に浸漬され、前記液体を流動させる板状の振動体と、
前記振動体を厚み方向に振動させる駆動部と、
を有し、
前記振動体の面内方向の端部の少なくとも一部は、端に向かって連続的に薄くなっている、液体カートリッジ。
【請求項２】
請求項１において、
さらに、前記容器部に連通する流路部を有し、
前記流路部は、内部に前記液体を流通させる、液体カートリッジ。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記駆動部は、前記振動体を屈曲させて振動させる、液体カートリッジ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、
前記駆動部は、前記振動体全体の位置を移動させて振動させる、液体カートリッジ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、
少なくとも前記振動体の薄くなっている領域が、前記液体に浸漬され、
前記液体は、前記振動体の厚み方向に垂直な方向、かつ、前記振動体が薄くなってゆく方向に速度成分を有して流動される、液体カートリッジ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、
前記駆動部は、圧電素子を有する、液体カートリッジ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかにおいて、
前記振動体が振動する周波数は、前記振動体の共振周波数、または前記振動体と前記駆動部とを含む全体の共振周波数である、液体カートリッジ。
【請求項８】
内部を液体が通過する管部と、
前記液体に浸漬され、前記液体を前記管部内で流動させる板状の振動体と、
前記振動体を厚み方向に振動させる駆動部と、
を有し、
前記振動体の面内方向の端部の少なくとも一部は、端に向かって連続的に薄くなっている、液体ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−１０３０２３（Ｐ２００９−１０３０２３Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７４７２９（Ｐ２００７−２７４７２９）
【出願日】平成１９年１０月２３日（２００７．１０．２３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２３日（２００７．１０．２３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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