(57)【要約】【課題】圧電振動子の圧電板にクラックが生じ難く、圧電振動子の液密性を下げることなく圧電振動子の変形を十分に確保でき、圧電振動子に対する配線構造がポンプ室の液密性に悪影響を与えることのない圧電ポンプを得ること。【解決手段】圧電振動子１０のシム１２は、空気室Ａの側に面し、ロアハウジング３０に、圧電振動子１０を収納する収納凹部６０と、収納凹部６０の周縁に位置しＯリング３１を嵌める環状溝６０ａとを形成し、アッパハウジング２０に、ロアハウジング３０の収納凹部６０に嵌めた圧電振動子１０に対し、環状溝６０ａに嵌めたＯリング３１の反対側から接触する環状突起２１を形成し、圧電振動子１０の圧電板１１のシム１２と反対側の面に、Ｏリング３１とその全周に沿って少なくとも一部が重なる環状電極５０を設け、この環状電極５０とシム１２との間に交番電流を印加することにより圧電振動子１０を振動させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電板とシムを積層してなる圧電振動子、及び該圧電振動子を挟着して該圧電振動子の上下に空気室とポンプ室を形成するアッパハウジングとロアハウジングを有し、圧電振動子を振動させることによりポンプ作用を得る圧電ポンプにおいて、
上記圧電振動子のシムは、空気室側に面し、
上記ロアハウジングに、上記圧電振動子を収納する収納凹部と、該収納凹部の周縁に位置しＯリングを嵌める環状溝とを形成し、上記アッパハウジングに、上記ロアハウジングの収納凹部に嵌めた圧電振動子に対し、上記環状溝に嵌めたＯリングの反対側から接触する環状突起を形成し、
上記圧電振動子の圧電板のシムと反対側の面に、上記Ｏリングとその全周に沿って少なくとも一部が重なる環状電極を設け、この環状電極とシムとの間に交番電流を印加することにより圧電振動子を振動させる、
ことを特徴とする圧電ポンプ。
【請求項２】
請求項１記載の圧電ポンプにおいて、
上記環状突起は圧電振動子に接触する部分が、曲面形状となっている圧電ポンプ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧電ポンプにおいて、
上記アッパハウジングに設けられた上記環状突起は上記環状溝と同一の中心と径を有し、上記Ｏリングが上記圧電振動子と接する頂部と、上記環状突起が上記圧電振動子と接する頂部とを結ぶ線分が上記圧電振動子の面内において垂直に交差する圧電ポンプ。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載の圧電ポンプにおいて、
上記環状電極は、上記圧電振動子の圧電板に付着形成されており、この環状電極を含む圧電板は、防水フィルムによって覆われている圧電ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電ポンプは、圧電板とシムを積層してなる圧電振動子、及び該圧電振動子を挟着して該圧電振動子の上下に空気室とポンプ室を形成するアッパハウジングとロアハウジングを有し、圧電振動子を振動させることによりポンプ作用を得ている。本出願人は、圧電ポンプの開発を進めており、特願2007-151131及び特願2007-212573のような圧電ポンプを特許出願している。
【０００３】
圧電振動子は、導電性金属薄板からなるシムの表裏の一方の面に圧電板を設けたユニモルフ型と、両方の面に圧電板を設けたバイモルフ型が知られている。従来の圧電ポンプにおいては、特にシムの片側の面に圧電板を設けるタイプの圧電振動子を用いる場合、液体に触れるポンプ室側（液接側）にはシムを位置させ、空気室側に圧電板を位置させ、圧電板に設けられる電極が腐食もしくはマイグレーションなどを発生させないようにしていた（特願2007-151131）。
【０００４】
また、従来の圧電ポンプにおいては、圧電振動子回り、特にポンプ室側の液密（気密）構造を確保し、圧電振動子の振動を阻害しないように支持するために、圧電振動子のポンプ室側には弾性材料からなる環状のシール部材（例えばＯリング）を設けて液密性を維持し、圧電振動子の空気室側には弾性部材からなるガイドを設けて圧電振動子を弾性支持していた（特願2007-212573）。即ち、圧電振動子の表側の周縁部とアッパハウジングの間、及び圧電振動子の裏側の周縁部とロアハウジングの間にそれぞれ環状シール部材およびガイドを介在させており、圧電振動子の表裏に環状シール部材およびガイドを設けることが技術的に必須であると考えられていた。
【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、ポンプ室側にシムを位置させ空気室側に圧電板を位置させる上記従来の圧電ポンプにあっては、長期間使用すると、圧電板にクラック（割れ）が発生するという問題点が指摘された。
【０００６】
また、圧電振動子の表裏に環状シール部材およびガイド部材を設ける上記従来の圧電ポンプにあっては、空気室側のガイド部材が、圧電振動子の変形（振動）を逆に阻害するという問題があった。
【０００７】
更に、ロアハウジングに設けたＯリングを介して圧電振動子とロアハウジングの間にポンプ室を形成する上記従来の圧電ポンプにあっては、仮に圧電振動子の圧電板をポンプ室側に位置させた場合、圧電板に給電する給電構造が問題となる。即ち、シムに対してはシムから径方向に配線突起を突出させることで容易に配線ができるが、圧電板に対する配線ラインは、Ｏリングを跨ぐ（Ｏリングと交差する）こととなるため、配線ラインを如何に薄く形成しても、Ｏリングには配線ラインとの交差部分に微小な凹凸により弾性部材（ゴム）からなるＯリングに永久歪みが生じ、この微小な凹凸が長期的にはポンプ室の液密性を低下させる原因となっていた。
【０００８】
本発明は、以上の問題意識に基づいてなされたものであり、圧電振動子の圧電板にクラックが生じ難く、圧電振動子の液密性を下げることなく圧電振動子の変形を十分に確保でき、圧電振動子に対する配線構造がポンプ室の液密性に悪影響を与えることのない圧電ポンプを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記の課題を解決する高性能な圧電ポンプを開発すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明をするに至った。
【００１０】
第１に、本発明者は、空気室側の圧電板にクラックが生じる原因について研究した結果、圧電振動子がポンプ室側からの液体圧力を受けて運転中は常時空気室側に突出する方向の力を受けていること、その結果空気室側の圧電板に引張応力が加わることがクラックの発生原因であるとの結論に達した。即ち、圧電板は圧縮力には強いが引張応力には弱いことから、圧電振動子のシムが空気室側に面するように（圧電振動子の最も空気室側にシムが位置するように）配置して、圧電振動子の振動に際し圧電板が受ける引張応力を緩和する構成を着想した。
【００１１】
第２に、本発明者は、圧電振動子の表裏の一方をポンプ作用に関与しない空気室とするタイプの圧電ポンプにおいては、空気室側にガイド部材を設けなくても液密性は低下しないので、むしろ空気室側のガイド部材が圧電振動子の変形を阻害する要因になっているとの結論に達した。そして、空気室側のガイド部材に代えて、空気室側のアッパハウジングに、ポンプ室側のＯリングを挟んで圧電振動子に環状に接触する環状突起を一体形成する構成を着想した。
【００１２】
第３に、本発明者は、Ｏリングと圧電振動子（圧電板）に対する配線ラインが交差しないようにすればＯリングに微小な凹凸が生じることがないとの結論に達して、圧電振動子の圧電板のシムと反対側の面に、Ｏリングとその全周に沿って少なくとも一部が重なる環状電極を設け、この環状電極とシムとの間に交番電界を印加する構成を着想した。
【００１３】
即ち、本発明の圧電ポンプは、圧電板とシムを積層してなる圧電振動子、及び該圧電振動子を挟着して該圧電振動子の上下に空気室とポンプ室を形成するアッパハウジングとロアハウジングを有し、圧電振動子を振動させることによりポンプ作用を得る圧電ポンプにおいて、上記圧電振動子のシムは、空気室側に面し、上記ロアハウジングに、上記圧電振動子を収納する収納凹部と、該収納凹部の周縁に位置しＯリングを嵌める環状溝とを形成し、上記アッパハウジングに、上記ロアハウジングの収納凹部に嵌めた圧電振動子に対し、上記環状溝に嵌めたＯリングの反対側から接触する環状突起を形成し、上記圧電振動子の圧電板のシムと反対側の面に、上記Ｏリングとその全周に沿って少なくとも一部が重なる環状電極を設け、この環状電極とシムとの間に交番電流を印加することにより圧電振動子を振動させることを特徴とする。
【００１４】
上記環状突起は圧電振動子に接触する部分が、曲面形状となっていることことが好ましく、上記アッパハウジングに設けられた上記環状突起は上記環状溝と同一の中心と径を有し、上記Ｏリングが上記圧電振動子と接する頂部と、上記環状突起が上記圧電振動子と接する頂部とを結ぶ線分が上記圧電振動子の面内において垂直に交差することがさらに好ましい。
【００１５】
上記環状電極は、上記圧電振動子の圧電板に付着形成されており、この環状電極を含む圧電板は、防水フィルムによって覆われていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、圧電振動子のシムが空気室側に面しているので、圧電振動子の圧電板がポンプ室側から受ける液体圧力、つまり引張応力を緩和することができる。従って、圧電振動子の圧電板にクラックが生じ難くなる。
【００１７】
また、ロアハウジングに、圧電振動子を収納する収納凹部と、収納凹部の周縁に位置しＯリングを嵌める環状溝とを形成し、アッパハウジングに、ロアハウジングの収納凹部に嵌めた圧電振動子に対し、環状溝に嵌めたＯリングの反対側から接触する環状突起を形成したので、従来必須と考えられていた空気室側のガイド部材を省略でき、圧電振動子の変形阻害要因を低減することができる。従って、圧電振動子の液密性を下げることなく圧電振動子の変形を十分に確保することができる。
【００１８】
更に、圧電振動子の圧電板のシムと反対側の面に、Ｏリングとその全周に沿って少なくとも一部が重なる環状電極を設け、この環状電極とシムとの間に交番電流を印加することにより圧電振動子を振動させるので、圧電振動子の圧電板の周縁を同一径のＯリングと環状電極を介した状態で挟着支持し、この環状電極を介して圧電振動子に給電することができる。従って、圧電振動子に対する配線構造が簡単になり、ポンプ室の液密性に悪影響を与えることがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本実施の形態の圧電ポンプ１００は、図１の分解斜視図に示すように、圧電振動子１０と、アッパハウジング２０と、ロアハウジング３０と、駆動制御基板４０とを有する駆動回路内蔵型の圧電ポンプである。圧電振動子１０とアッパハウジング２０の間には空気室（大気室）Ａが形成され、圧電振動子１０とロアハウジング３０の間にはポンプ室Ｐが形成されている。空気室Ａは、開放しても密閉してもよい。
【００２０】
アッパハウジング２０とロアハウジング３０は、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィルド）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の合成樹脂材料の成形品からなる。ロアハウジング３０には、圧電振動子１０を収納する収納凹部６０と、この収納凹部６０の周縁に位置するＯリング収納用環状溝（以下単に「環状溝」という）６０ａとが形成されている。この環状溝６０ａには、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）等の弾性を有するゴムにより形成されたＯリング３１が嵌められる。
【００２１】
アッパハウジング２０には、圧電振動子１０側の面に、環状溝６０ａと略同一中心を有する環状突起２１が一体に形成されている。環状突起２１は、ロアハウジング３０の収納凹部６０に嵌めた圧電振動子１０に対し、ロアハウジング３０の環状溝６０ａに嵌めたＯリング３１の反対側から接触する。また、環状突起２１は図２、３にも示されているように圧電振動子１０と接触する部分を曲面とし、圧電振動子１０を面ではなく線で支持し、圧電振動子１０の振動を阻害しないようにしている。
【００２２】
図３に示すように、圧電振動子１０の振動を阻害しないようにするため、アッパハウジング２０の環状突起２１の平面径（中心径）Ｄは、環状溝６０ａの平面径（中心径）Ｄ´と略同一であり、圧電振動子１０の径ｄよりも小径である。すなわち、Ｏリング３１が圧電振動子１０と接する頂部と、環状突起２１が圧電振動子１０と接する頂部とを結ぶ線分が圧電振動子１０の面内において垂直に交差するように組み立てられる。但し、圧電振動子１０の振幅の調整などを行うために、環状突起２１の平面径（中心径）Ｄは、環状溝６０ａの平面径（中心径）Ｄ´は必ずしも同一でなくてもよく、環状溝６０ａの圧電振動子１０の面内方向における溝幅の大きさの範囲内で調整は可能である。
【００２３】
圧電振動子１０は、圧電板（圧電体）１１とシム１２を積層してなるユニモルフ型の圧電振動子である。圧電板１１は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ３）等の圧電材料からなる円形平板であり、表裏方向に分極処理が施されている。この圧電振動子１０は、その圧電板１１をロアハウジング３０（ポンプ室Ｐ）側に向け、シム１２をアッパハウジング２０（空気室Ａ）側に向けてロアハウジング３０の収納凹部６０内に収納される。圧電板１１の表面には、環状電極（リング端子）５０が付着形成されており、この環状電極５０を含む圧電板１１は、防水フィルム（例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）フィルム）１３によって覆われている（図３）。尚、図２では説明の簡単のため、防水フィルム１３は省略している。なお、防水フィルム１３に代えて防水性のある樹脂などをコーティングなどで形成しても良い。
【００２４】
環状電極（リング端子）５０は、圧電振動子１０（圧電板１１）の周縁部と全面的に導通する。環状電極５０は、Ｏリング３１と略同一の径を有し、Ｏリング３１とその全周に沿って少なくとも一部が重なっているので、両者は交差することがない。即ち、環状電極５０とＯリング３１が重なったときでも、Ｏリング３１は一平面内に位置し、微小な凹凸が生じることはない。
【００２５】
環状電極５０は、りん青銅や４２アロイ等の材料からなり、薄ければ薄いほど好ましいが、あまりに薄いと製造時の作業性に問題が生じ、コストもアップする。このような点から勘案して厚さは１０μｍ〜３０μｍとするのが好ましい。
【００２６】
シム１２は、ステンレスや４２アロイ等の材料からなる円形の導電性金属板であり、半径方向に突出させて一体形成した配線接続突起１２ａを有している。また、環状電極５０は、半径方向に突出させて一体形成した配線接続突起５０ａを有している。
【００２７】
ロアハウジング３０には、冷却水の吸入ポート３２と吐出ポート３３が開口しており、この吸入ポート３２と吐出ポート３３は、ポンプ室Ｐ側に開口する吸入流路３４と吐出流路３５に連通している。ロアハウジング３０には、吸入流路３４と吐出流路３５に跨らせて逆止弁ユニット３６が固定されている。この逆止弁ユニット３６には、吸入ポート３２からポンプ室Ｐへの流体流を許してその逆の流体流を許さない吸入側逆止弁３７と、ポンプ室Ｐから吐出ポート３３への流体流を許してその逆の流体流を許さない吐出側逆止弁３８が設けられている。図示実施形態の逆止弁３７、３８は同一の形態であり、弾性材料からなるアンブレラ３７ａ、３８ａにより、常時は流路穴３７ｂ、３８ｂを閉じている。
【００２８】
圧電振動子１０を駆動制御する制御基板４０には、圧電振動子１０に対する給電制御を行う電気部品４１と、これら電気部品４１を接続するプリント配線が形成されている。電気部品４１中には、基板上に突出する発熱要素としてのＩＣ、インダクタ及びＦＥＴ回路が含まれており、プリント配線中には、圧電振動子１０への給電端子４２と４３が含まれている。制御基板４０は、ロアハウジング３０に形成された基板挿入開口３９ｂから挿入され、基板収納空間３９ａに収納される。
【００２９】
圧電振動子１０のシム１２の配線接続突起１２ａには、シム側リード線１２ｂが接続されている。このシム側リード線１２ｂは、ロアハウジング３０の上面開放部３９ｃから基板収納空間３９ａに導かれ、制御基板４０上の給電端子４２に接続（半田付け）される。また環状電極５０の配線接続突起５０ａには、環状電極側リード線５０ｂが接続されている。このリード線５０ｂは、ロアハウジング３０の上面開放部３９ｃから基板収納空間３９ａに導かれ、制御基板上の給電端子４３に接続（半田付け）される。配線接続突起５０ａには適宜、裏打ち絶縁等の補強絶縁構造を施す。アッパハウジング２０には、ロアハウジング３０の基板収納空間３９ａの基板挿入開口３９ｂを閉塞する蓋部２２ａが形成されており、この蓋部２２ａに外部端子挿入穴（大気流通穴）２２ｂが形成されている（図１）。外部端子挿入穴２２ｂには、外部信号（直流電圧Ｖｃｃ、ＧＮＤ、保護出力信号）用の図示しないリード線が挿入される。
【００３０】
以上の構成の本圧電ポンプ１００は、ロアハウジング３０側から順にＯリング３１と圧電振動子１０を収納した状態で、アッパハウジング２０をロアハウジング３０に被せて圧電振動子１０を挟着保持しているため、圧電振動子１０の周縁裏面には環状電極５０を介してＯリング３１が接触する一方、圧電振動子１０の周縁表面には環状突起２１が接触し、Ｏリング３１が圧縮されて、圧電振動子１０の下方にポンプ室Ｐが、上方に空気室Ａがそれぞれ構成される。環状突起２１の頂部とＯリング３１の頂部は、同一径であることが好ましい。これにより、圧電振動子１０が表裏の同一径部分で、環状突起２１とＯリング３１により保持されるので、圧電振動子１０の振動が安定する。
【００３１】
以上の圧電ポンプ１００は、制御基板４０の給電端子４２と４３から、シム１１の配線接続突起１１ａと環状電極５０の配線接続突起５０ａの間に交番電界（高電圧駆動信号）を印加して駆動する。これにより、圧電振動子１０の圧電板１１の一方の面が伸びて他方の面が縮むサイクルが繰り返され、シム１２（圧電振動子１０）が振動してポンプ作用が得られる。
【００３２】
このポンプ作用に際し、本実施の形態では、圧電振動子１０の圧電板１１がポンプ室Ｐ側に面しているため、主に圧縮応力が加わり、引張応力が緩和される。即ち、圧電板１１に加わる引張応力はシム１２によって緩和され、圧電板１１にクラックが発生するのを防止し、ひいては圧電板１１（圧電振動子１０）の寿命を長くすることができる。
【００３３】
また、従来は圧電振動子１０、特にポンプ室Ｐ側の液密（気密）構造を確保および圧電振動子を支持するために、圧電振動子１０の表裏にそれぞれ弾性材料からなる環状のシール部材およびガイド部材を設けており、これらの部材、特にガイド部材は圧電振動子の変形（振動）の阻害要因となっていた。
【００３４】
これに対し本実施の形態では、アッパハウジング２０をロアハウジング３０に被せて圧電振動子１０を挟着保持すると、アッパハウジング２０の環状突起２１と、ロアハウジング３０の環状溝６０ａに嵌められたＯリング３１により圧電振動子１０が表裏から挟み込まれ、ポンプ室Ｐと空気室Ａが規定される。これにより、ポンプ室Ｐの液密性は維持したままで空気室Ａの側のガイド部材を省略でき、同時に圧電振動子１０の変形阻害要因を低減することができる。また、環状突起２１と圧電振動子１０の接触面積が極めて小さくなるので（環状に線接触、即ち環状断面において点接触）、圧電振動子１０の変形を助長することができる。従って、圧電振動子１０の挟着支持構造を簡潔化できるとともに、圧電振動子１０の液密性を下げることなく圧電振動子１０の変形を十分に確保することができる。
【００３５】
更に、本実施の形態では、環状電極５０がＯリング３１の全周に沿って重なっているので、Ｏリング３１と圧電振動子１０（圧電板１１）に対する配線ラインが交差することはなく、Ｏリング３１に液密性保持の妨げとなる微小な凹凸が生じることがない。即ち、Ｏリング３１の上下方向に給電線の段差が生じることはなく、この給電線の段差による液密性の低下も生じない。
【００３６】
また、環状電極５０は圧電振動子１０の圧電板１１に付着形成されており、この環状電極５０を含む圧電板１１は防水フィルム１３で覆われているので、ポンプ室Ｐの液密性を高めることができる。
【００３７】
尚、本実施の形態では圧電ポンプ１００が駆動回路内蔵型である場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００３８】
尚、本実施の形態において、アッパハウジング２０とロアハウジング３０の別は、実際の使用状態での上下方向を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る圧電ポンプの構造を示す分解斜視図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】アッパハウジングの環状突起とロアハウジングに設けられたＯリングによる圧電振動子の挟着支持状態を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００４０】
１００  圧電ポンプ
１０  圧電振動子
１１  圧電板
１２  シム
１２ａ  配線接続突起
２０  アッパハウジング
２１  環状突起
３０  ロアハウジング
３１  Ｏリング
４０  制御基板
５０  環状電極
５０ａ  配線接続突起
６０  収納凹部
６０ａ  環状溝
【図１】
2010116807.tif 000003
【図２】
2010116807.tif 000004
【図３】
2010116807.tif 000005