(57)【要約】【課題】圧電振動子によって形成される液体ポンプ室の一部と、圧電振動子の制御基板とを平面的に見て重畳させて、同一のハウジング内に収納するとき、液体ポンプ室の圧力によるハウジングの変形を防止するドライバ内蔵圧電ポンプを得る。【解決手段】ハウジングの基板収納溝内に、液体ポンプ室と基板収納溝との重畳部分に部分的に位置させて、基板収納溝の対向する壁面を接続する補強支柱を形成し、制御基板に、この補強支柱を避ける逃げ部を形成したドライバ内蔵圧電ポンプ。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一のハウジング内に、表裏の少なくとも一面に液体ポンプ室を形成する圧電振動子と、該圧電振動子に対する給電制御用電気部品を搭載した制御基板とを収納し、上記圧電振動子を振動させることにより液体ポンプ室内に液体を給排してポンプ作用を行わせるドライバ内蔵圧電ポンプであって、
上記ハウジングに、上記液体ポンプ室に平面的に見て一部を重畳させて、上記制御基板を収納する基板収納溝を形成し、
この基板収納溝内に、上記重畳部分に部分的に位置させて、上記基板収納溝の対向する壁面を接続する補強支柱を形成し、
上記制御基板に、この補強支柱を避ける逃げ部を形成したことを特徴とするドライバ内蔵圧電ポンプ。
【請求項２】
請求項１記載のドライバ内蔵圧電ポンプにおいて、上記補強支柱と制御基板の逃げ部は、液体ポンプ室の半径方向に延びているドライバ内蔵圧電ポンプ。
【請求項３】
請求項２記載のドライバ内蔵圧電ポンプにおいて、上記半径方向は、制御基板の基板収納溝への挿入方向と一致しているドライバ内蔵圧電ポンプ。
【請求項４】
請求項２または３記載のドライバ内蔵圧電ポンプにおいて、上記ハウジングは、圧電振動子を収納する円形凹部と上記基板収納溝を含む基板収納空間を有するメインハウジングと、このメインハウジングの円形凹部及び基板収納空間の開放部を閉塞するアッパハウジングとを備えているドライバ内蔵圧電ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一のハウジング内に圧電ポンプとその制御基板を内蔵するドライバ内蔵圧電ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電ポンプは、円板状の圧電振動子とハウジングの間に液体ポンプ室（可変容積室）を形成し、圧電振動子を振動させることにより、液体ポンプ室の容積を変化させてポンプ作用を得ている。より具体的には、液体ポンプ室に連なる一対の流路に、流れ方向の異なる一対の逆止弁（液体ポンプ室への流体流を許す逆止弁と液体ポンプ室からの流体流を許す逆止弁）を設けており、圧電振動子の振動により液体ポンプ室の容積が変化すると、それに伴い一対の逆止弁の一方が閉じ他方が開く動作を繰り返すことから、ポンプ作用が得られる。
【０００３】
本出願人は、小型薄型にできるという圧電ポンプの特徴を生かして、例えば水冷ノートパソコンの冷却水循環ポンプとして用いる圧電ポンプを開発中である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平4-175479号公報
【特許文献２】特開2004-060640号公報
【特許文献３】特表2004-517240号公報
【特許文献４】特開2008-180091号公報
【特許文献５】国際公開公報第2009-001757号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
小型化には、圧電振動子と、この圧電振動子に駆動電圧を与える駆動基板（ドライバ）とを同一のハウジング内に収納することが得策である。また、本出願人は、一層の小型化を図るため、液体ポンプ室の一部と駆動基板とが平面的にみてオーバラップ（重畳）するように配置したドライバ内蔵圧電ポンプを提案している（特願２００８-１８３１４４号、特願２００９-１３８４７号）。
【０００６】
ところが、液体ポンプ室の一部と駆動基板とを平面的に見てオーバラップ（重畳）させたドライバ内蔵圧電ポンプでは、液体ポンプ室の駆動基板側の底壁が片持ち梁構造となり、小型化を進める程、この片持ち梁構造が薄肉化するため、ポンプ室に周期的に加わる正逆の液体圧力によって永久歪みが生じる可能性が指摘されている。液体ポンプ室底壁の片持ち梁部分が変形すると、平面円形のポンプ室をシールするＯリングの圧縮率が場所によって変化し、圧縮率不足による液漏れや、圧縮永久歪みの増加による経年劣化によって液漏れが発生するおそれがある。また、平面円形の圧電振動子に歪みを与え、圧電振動子の変位や剛性の低下から、ポンプの流量低下や閉鎖圧の低下やばらつきに影響を与える可能性がある。
【０００７】
本発明は、以上の問題意識に基づき、圧電振動子と駆動基板とを同一のハウジング内に収納し、かつ液体ポンプ室の一部と駆動基板とを平面的に見てオーバラップ（重畳）させたとき、ポンプ室の駆動基板側の変形を効果的に防止できるドライバ内蔵圧電ポンプを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、単一のハウジング内に、表裏の少なくとも一面に液体ポンプ室を形成する圧電振動子と、該圧電振動子に対する給電制御用電気部品を搭載した制御基板とを収納し、上記圧電振動子を振動させることにより液体ポンプ室内に液体を給排してポンプ作用を行わせるドライバ内蔵圧電ポンプにおいて、ハウジングに、上記液体ポンプ室に平面的に見て一部を重畳させて、上記制御基板を収納する基板収納溝を形成し、この基板収納溝内に、上記重畳部分に部分的に位置させて、基板収納溝の対向する壁面を接続する補強支柱を形成し、制御基板に、この補強支柱を避ける逃げ部を形成したことを特徴としている。
【０００９】
補強支柱と制御基板の逃げ部は、液体ポンプ室の半径方向に向けて形成するのが実際的である。また、この半径方向は、制御基板の基板収納溝への挿入方向と一致させると、組立性を向上させることができる。
【００１０】
ハウジングは、例えば、圧電振動子を収納する円形凹部と基板収納溝を含む基板収納空間を有するメインハウジングと、このメインハウジングの円形凹部及び基板収納空間の開放部を閉塞するアッパハウジングとを備えることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ハウジングに、液体ポンプ室に平面的に見て一部を重畳させて、制御基板を収納する基板収納溝を形成したドライバ内蔵圧電ポンプにおいて、基板収納溝内に、液体ポンプ室と基板収納溝の重畳部分に部分的に位置させて、該基板収納溝の対向する壁面を接続する補強支柱を形成し、制御基板に、この補強支柱を避ける逃げ部を形成したので、ドライバ内蔵圧電ポンプの小型化薄型化を図りながら、液体ポンプ室の基板収納溝側の壁面の変形を防止し、耐久性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のドライバ内蔵圧電ポンプの一実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】図１の圧電ポンプの組立状態におけるII-II線に沿う断面図である。
【図３】同III-III線に沿う断面図である。
【図４】図２のIV-IV線に沿う断面図である。
【図５】図４のV-V線に沿う断面図である。
【図６】本発明のドライバ内蔵圧電ポンプの別の実施形態を示す、図２に対応する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１ないし図５は、本発明によるドライバ内蔵圧電ポンプの一実施形態を示している。この圧電ポンプ２０は、合成樹脂材料（例えばＰＢＴ(ポリブチレンテレフタレート)樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）樹脂）の成形品からなるメインハウジング（ロアハウジング）２１とアッパハウジング２２を有している。
【００１４】
メインハウジング２１とアッパハウジング２２の間には、Ｏリング２７と環状挟着部材（ガイド）２８を介して圧電振動子１０が液密に狭着支持されていて、該圧電振動子１０とメインハウジング２１の円形凹部２６との間に液体ポンプ室Ｐを構成している。圧電振動子１０とアッパハウジング２２との間には、大気室Ａが形成される。大気室Ａは、開放しても密閉してもよい。
【００１５】
メインハウジング２１には、冷却水（液体）の吸入ポート２４と吐出ポート２５が開口しており、この吸入ポート２４と吐出ポート２５は、液体ポンプ室Ｐ側に開口する吸入流路３０と吐出流路３１に連通している。メインハウジング２１には、この吸入流路３０と吐出流路３１に跨らせて逆止弁ユニット２３が固定されている。逆止弁ユニット２３には、吸入ポート２４から液体ポンプ室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（アンブレラ）３２と、液体ポンプ室Ｐから吐出ポート２５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（アンブレラ）３３が設けられている。図示実施形態の逆止弁３２、３３は、同一の形態であり、弾性材料からなるアンブレラ３２ａ、３３ａにより、常時は流路穴３２ｂ、３３ｂを閉じている。
【００１６】
以上の圧電ポンプ２０は、圧電振動子１０が正逆に弾性変形（振動）すると、液体ポンプ室Ｐの容積が拡大する行程では、吸入側逆止弁３２が開いて吐出側逆止弁３３が閉じるため、吸入ポート２４から液体ポンプ室Ｐ内に液体が流入する。一方、液体ポンプ室Ｐの容積が減少する行程では、吐出側逆止弁３３が開いて吸入側逆止弁３２が閉じるため、液体ポンプ室Ｐから吐出ポート２５に液体が流出する。したがって、圧電振動子１０を正逆に連続させて弾性変形（振動）させることで、ポンプ作用が得られる。
【００１７】
本実施形態は、以上の基本構造を有する圧電ポンプにおいて、圧電振動子１０を駆動制御する制御基板（駆動制御基板）４０を収納するために、メインハウジング２１に、吸入ポート２４と吐出ポート２５が開口する端面とは反対側の端面を基板挿入開口２１ｂとした基板収納空間２１ａを形成している。この基板収納空間２１ａは、上面開放部２１ｃによって上面一部が開放されており、また、円形凹部２６（圧電振動子１０）の下方に、該円形凹部２６の一部と平面的に見て重畳する（平面位置が一致する）基板収納溝２１ｄを有している。つまり、この基板収納溝２１ｄは、基板挿入開口２１ｂ側から挿入した制御基板４０を受け入れる底壁２１ｅと上壁２１ｆ（図２、図４）を有していて、基板挿入開口２１ｂから圧電振動子１０の中心に向かって延びている。上壁２１ｆは、その上部一部に、ポンプ室Ｐの凹部２６が存在する内壁であるのに対し、底壁２１ｅは、ハウジング２１の外面壁である。底壁２１ｅには、制御基板４０の図の底面が接触する凸部２１ｅ２と、空気流通空間２１ｅ１が形成されている。
【００１８】
メインハウジング２１には、円形凹部２６（液体ポンプ室Ｐ）と基板収納溝２１ｄとの重畳する部分に位置させて、補強支柱２１Ｘが形成されている。この補強支柱２１Ｘは、基板収納溝２１ｄの対向する上壁２１ｆと底壁２１ｅを接続するもので、円形凹部２６の中心部から半径方向外方に向けて、かつ基板収納溝２１ｄの延長方向に向けて形成されている。この補強支柱２１Ｘは、上壁２１ｆ（液体ポンプ室Ｐの基板収納溝２１ｄ側の壁面）が底壁２１ｅ側に変形するのを防止する。
【００１９】
制御基板４０は、基板収納空間２１ａ（基板収納溝２１ｄ）に挿入されるもので、マクロに見て平面矩形をなしており、その挿入方向の先端部の略中央部に、メインハウジング２１の補強支柱２１Ｘを避ける逃げ部（切欠）４５が形成されている。また、この補強支柱２１Ｘによって分断された基板収納溝２１ｄの奥部にはそれぞれ、制御基板４０の板厚平面と直交する方向に対して傾斜する一対の傾斜壁２１ｇが形成されている。この傾斜壁２１ｇは、基板収納溝２１ｄの高さを奥部に向けて狭めるもので、その高さ方向の中間部分に、制御基板４０の挿入方向奥部上縁が線状に当接する（図２）。図５では、この一対の傾斜壁２１ｇをシンボル的に三角形で示している。
【００２０】
制御基板４０上には、図１、図２に示すように、圧電振動子１０に対する給電制御を行う電気部品（電子回路部品）４１と、これら電気部品４１間を接続するプリント配線が形成されている。給電制御用電気部品４１中には、基板上に突出する発熱要素としてのＩＣ、インダクター及び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。
【００２１】
また、本実施形態の圧電振動子１０回りの構成を説明すると次の通りである。圧電振動子１０は、平面円形のシム１１と、シム１１の表裏面の一方に形成した円形の圧電体（圧電体層）１２とを有するユニモルフ型である。圧電体１２は、液体ポンプ室Ｐ側に位置している。
【００２２】
シム１１は、厚さ３０〜３００μｍ程度のステンレスや４２アロイ等のばね性金属材料（導電性金属薄板）からなり、圧電体１２を支持するための剛性を有している。このシム１１は、その円形部分から外方に延びる端子部１１ａを備えている。圧電体１２は、例えば厚さ５０〜６００μｍ程度のＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3）等の圧電材料から構成されるもので、その表裏方向に分極処理が施されている。このような圧電振動子は周知である。なお、上記圧電振動子１０は、シム１１の表裏両面に圧電体１２を有するバイモルフ型としても良い。
【００２３】
圧電体１２の周縁には、Ｏリング２７が弾接してポンプ室Ｐの液密が保持されている。本実施形態では、圧電体１２のシム１１とは反対側の面に対して給電するため、該圧電体１２とＯリング２７との間に、環状電極（端子）２９が介在している。この環状電極２９は、厚さ１０〜３０μｍ程度のステンレス、４２アロイ、燐青銅等のばね性金属材料からなるもので、シム１１と同様に、その環状部分から外方に延びる端子部２９ａを一体に有している。これらのシム１１の端子部１１ａと環状電極２９の端子部２９ａは、リード線１１ｂ、２９ｂを介して制御基板４０上の給電端子４２と４３に接続される。給電端子４２と４３を介して圧電体１２の表裏に交番電界が与えられると、圧電体１２の表裏の一方が伸びて他方が縮むサイクルが繰り返され、シム１１（圧電振動子１０）が中央部の振幅が最も大きくなるように振動する。
【００２４】
アッパハウジング２２には、基板収納空間２１ａの基板挿入開口２１ｂ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（図１）が形成されている。
【００２５】
上記構成の本ドライバ内蔵圧電ポンプは、メインハウジング２１とアッパハウジング２２との間に圧電振動子１０、Ｏリング２７、環状接触部材２８及び環状電極２９を挟着して結合し、シム１１の端子部１１ａに接続されたリード線１１ｂと環状電極２９の端子部２９ａに接続されリード線２９ｂを、メインハウジング２１の上面開放部２１ｃから基板収納空間２１ａに導き、制御基板４０上の給電端子４２と４３に接続する（半田付けする）。
【００２６】
この状態で、基板収納空間２１ａの基板挿入開口２１ｂから基板収納溝２１ｄに制御基板４０を挿入すると、制御基板４０の逃げ部４５がメインハウジング２１の補強支柱２１Ｘに沿って進入し、制御基板４０の先端部が一対の傾斜壁２１ｇに機械的に線状に当接する。この一対の線状接触部が制御基板４０の揺動支点部となる。制御基板４０の幅ｄは、図５に模式的に示すように、基板収納溝２１ｄ内においてマクロな移動が可能なように、基板収納溝２１ｄの幅Ｄより小さく設定されていて、両者の間に隙間ｓが確保される。本実施形態では、制御基板４０の挿入方向後端部（手前側）の両側において、この隙間ｓを埋める接着剤ＡＤによって、制御基板４０の後端部がメインハウジング２１（基板収納空間２１ａ）に固定されている。接着剤ＡＤは、振動吸収作用を有するもので、例えば、アクリル樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、シリコーン樹脂系接着剤、ホットメルト接着剤等が用いられる。
【００２７】
接着剤ＡＤは、図５に鎖線で示すように、その後メインハウジング２１に被せられて固定されるアッパハウジング２２の蓋部２２ａと、制御基板４０の後端壁との間の隙間に介在させてもよい。つまり、蓋部２２ａによって制御基板４０を基板収納溝２１ｄの奥部に押し付けることができる。
【００２８】
上記構成の本圧電ポンプは、制御基板４０を介して圧電振動子１０に交番電界を与えるポンプ作用中には液体ポンプ室Ｐに加わる圧力によって、基板収納溝２１ｄの上壁２１ｆを底壁２１ｅ側に変形させようとする力が加わる。しかし、上壁２１ｆと底壁２１ｅは、補強支柱２１Ｘによって接続されているため、上壁２１ｆの変形が防止される。また、ポンプ作用中においては、圧電振動子１０の振動がメインハウジング２１に伝達され、メインハウジング２１の振動が制御基板４０に伝わる。しかし、制御基板４０の一端部（圧電振動子１０の下方に位置する先端部）は、傾斜壁２１ｇに機械的に線接触していて、後端部は、振動吸収作用を有する接着剤ＡＤを介して基板収納溝２１ｄ（メインハウジング２１）の壁面に固定されているため、制御基板４０に振動が伝わりにくい。また、制御基板４０はミクロに見て傾斜壁２１ｇを中心とする揺動運動ができ、捩れは生じにくく、単純な振動となるため、制御基板４０上に設置された電気部品（電子回路部品）４１やこれら電気部品４１がプリント配線に接続されている半田などに対するダメージを緩和することが可能となる。
【００２９】
図６は、基板収納溝２１ｄに対する制御基板４０の別の支持構造を示している。この支持構造は、制御基板４０と基板収納溝２１ｄの上壁２１ｆとを、制御基板４０上に支持した押圧ブロック４６によって接触させた実施形態である。基板収納溝２１ｄの上壁２１ｆと底壁２１ｅの間隔を制御基板４０の厚さに対応させて狭めることにより、押圧ブロック４６を省略してもよい。本実施形態は、メインハウジング２１に補強支柱２１Ｘを形成し、制御基板４０に、この補強支柱２１Ｘを避ける逃げ部４５を形成した点に特徴があり、制御基板４０の基板収納溝２１ｄに対する支持構造には自由度がある。
【００３０】
以上の実施形態では、補強支柱２１Ｘを液体ポンプ室Ｐの中心部から半径方向に延びる単一のものとしたが、複数に分割してもよい。この態様では、複数の補強支柱２１Ｘは、半径方向と平行な方向に向けて設けるのがよい。
【００３１】
以上の実施形態は、シム１１の表裏の一面に圧電体１２を有するユニモルフタイプの圧電振動子を用い、該圧電体１２を液体ポンプ室Ｐ側に向けて配置したが、圧電振動子１０の表裏を逆転させても、あるいはバイモルフタイプ、マルチモルフタイプの圧電振動子を用いても全く同様の給電構造を実現できる。
【００３２】
以上の実施形態では、シム１１の端子部１１ａと環状電極２９の端子部２９ａを、リード線１１ｂと２９ｂを介して制御基板４０の給電端子４２と４３に導通させたが、この給電構造は一例であり、本発明は給電構造を限定するものではない。
【符号の説明】
【００３３】
１０  圧電振動子
１１  シム（給電部材）
１２  圧電体（圧電体層）
２０  圧電ポンプ
２１  メインハウジング
２１ａ  基板収納空間
２１ｂ  基板挿入開口
２１ｃ  上面開放部
２１ｄ  基板収納溝
２１ｅ  底壁
２１ｆ  上壁
２１ｇ  傾斜壁
２１Ｘ  補強支柱
２２  アッパハウジング
２２ａ  蓋部
２２ｂ  大気流通穴
２３  逆止弁ユニット
２４  吸入ポート
２５  吐出ポート
２６  円形凹部
２７  Ｏリング
２８  環状狭着部材
２９  環状電極（給電部材）
３０  吸入流路
３１  吐出流路
３２  ３３  逆止弁
４０  制御基板（駆動制御基板）
４１  電気部品（駆動制御部品）
４２  ４３  給電端子
４５  逃げ部
Ａ  大気室
Ｐ  液体ポンプ室
ＡＤ  接着剤
ｓ  隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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