(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤフラムに圧電体を接着した振動板を使用し、当該振動板の外周部をポンプ筐体に固定し、前記ポンプ筐体と前記振動板との間にポンプ室を構成し、前記ポンプ室に流入側逆止弁を有する流入口と流出側逆止弁を有する流出口とを接続し、前記圧電体に正負の交番電圧を印加することにより前記振動板を屈曲変位させ、その屈曲変位により前記流入口からポンプ室へ流体を吸込みかつ前記流出口から流体を吐出する圧電ポンプにおいて、
前記振動板と対向する前記ポンプ筐体の表面は実質的に平坦面に形成され、
前記振動板は、前記ダイヤフラムのうち、前記ポンプ筐体と逆側の主面に前記圧電体を固定したものであり、
前記ダイヤフラムは、前記圧電体より線膨張係数が大きい材料よりなり、
前記圧電体は前記ダイヤフラムの主面に熱硬化型接着剤により接着固定され、
前記熱硬化型接着剤は、硬化状態におけるヤング率が前記ダイヤフラムのヤング率より高く、
前記圧電体への電圧の非印加時において、前記ダイヤフラムはポンプ筐体側と逆方向に凸状に反った形状を有し、
前記ダイヤフラムの反りによって前記ポンプ筐体との間に前記ポンプ室が形成されていることを特徴とする、圧電ポンプ。
【請求項２】
前記ダイヤフラムの反り量は、前記振動板が前記ポンプ筐体側へ屈曲したとき、前記ダイヤフラムの中央部が前記ポンプ筐体の表面に近接又は接触するように設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の圧電ポンプ。
【請求項３】
前記圧電体は前記ダイヤフラムの主面に熱硬化型接着剤により接着固定され、
前記熱硬化型接着剤は前記圧電体の中心部より周辺部の厚みが厚くなるように形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の圧電ポンプ。
【請求項４】
前記ダイヤフラムは樹脂製ダイヤフラムであり、前記圧電体は前記交番電圧を印加することによりそれ自体が屈曲振動するバイモルフ型圧電体であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電ポンプ。
【請求項５】
ダイヤフラムに圧電体を接着した振動板を使用し、当該振動板の外周部をポンプ筐体に固定し、前記ポンプ筐体と前記振動板との間にポンプ室を構成し、前記ポンプ室に流入側逆止弁を有する流入口と流出側逆止弁を有する流出口とを接続し、前記圧電体に正負の交番電圧を印加することにより前記振動板を屈曲変位させ、その屈曲変位により前記流入口からポンプ室へ流体を吸込みかつ前記流出口から流体を吐出する圧電ポンプの製造方法において、
前記ポンプ筐体の表面は実質的に平坦面に形成され、前記ダイヤフラムは前記圧電体より線膨張係数が大きい材料よりなり、
前記ポンプ筐体の平坦面に前記ダイヤフラムの一方主面の外周部を密着固定する第１工程と、
前記第１工程の後、前記ダイヤフラムの他方主面の中央部に前記圧電体を熱硬化型接着剤により接着固定する第２工程であって、前記熱硬化型接着剤は硬化状態におけるヤング率が前記ダイヤフラムのヤング率より高く、前記ダイヤフラム上に熱硬化型接着剤を介して圧電体を配置し、高温下で前記熱硬化型接着剤を硬化させ、常温に戻すことにより、前記ダイヤフラムをポンプ筐体側と逆方向に凸状に反った形状とする第２工程とを有し、
前記ダイヤフラムの反りによって前記ポンプ筐体との間に前記ポンプ室が形成されることを特徴とする圧電ポンプの製造方法。
【請求項６】
前記ダイヤフラムの反り量は、前記振動板が前記ポンプ筐体側へ屈曲したとき、前記ダイヤフラムの中央部が前記ポンプ筐体の表面に近接又は接触するように設定されていることを特徴とする、請求項５に記載の圧電ポンプの製造方法。
【請求項７】
前記第２工程において、前記熱硬化型接着剤は前記圧電体の中心部より周辺部の厚みが厚くなるように形成されることを特徴とする、請求項５又は６に記載の圧電ポンプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は片面に圧電体を貼り付けたダイヤフラムを用いた圧電ポンプ、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電ポンプは、周知のように、ダイヤフラムの片面に圧電体を接着した振動板の外周部をポンプ筐体に保持し、ポンプ筐体と振動板との間にポンプ室を構成したものである。ポンプ室には流入口と流出口とが接続され、圧電体に交番電圧を印加して振動板を屈曲変位させることにより、その屈曲変位により流入口からポンプ室へ流体を吸込みかつ流出口から流体を吐出するものである。
【０００３】
この圧電ポンプの重要な性能の一つに、気体の吐出圧又は吸引圧がある。この吐出圧又は吸引圧はポンプ室の体積変化率に比例するので、振動板の変位量が同じ場合、吐出圧又は吸引圧を向上させるためには、吐出時又は吸引圧におけるポンプ室の容積をできるだけ小さくすることが望ましい。
【０００４】
特許文献１には、ポンプ筐体の振動板と対向する面の形状を吐出時の振動板の撓み形状に倣う形状とし、吐出工程の際にポンプ室の容積をできるだけゼロに近づける構造の圧電ポンプが開示されている。図１０は特許文献１に開示されたポンプ構造を示し、５１はポンプ筐体、５２は振動板、５３はポンプ室、５４は流入口、５５は流入側逆止弁、５６は流出口、５７は流出側逆止弁である。ポンプ室５３の底面は吐出時の振動板５２の撓み形状に倣う形状とされている。振動板５２に交番電圧を印加することにより、振動板５２を屈曲変位させ、その屈曲変位により流入口５４からポンプ室５３へ流体を吸込み、かつ流出口５６から流体を吐出することができる。図１１の（ａ）は吸込み工程であり、（ｂ）は吐出工程である。この場合には、吐出時と吸入時のポンプ室５３の体積変化率が大きくなり、吐出圧を高めることができる。
【０００５】
特許文献１では、振動板５２の外周部をできるだけ拘束しないように、振動板の外周部とポンプ筐体５１との間にＯリングやガスケット等のシール部材５８が配置されている。しかし、この構造では、振動板５２が流体を吐出する際、吐出反力によってシール部材５８が撓むため、吐出圧が低くなる可能性がある。一方、振動板の外周部をポンプ筐体に直接固定した構造の圧電ポンプでは、シール部材が介在しないため、吐出圧を高くすることは可能である。しかし、上述のようにポンプ筐体の振動板と対向する面を振動板の変位に倣った形状に加工することは、加工コストの上昇を招く。特に、構造の簡素化と薄型化とを目的として、薄いフィルムや薄板材を積み重ねた構造のポンプでは、振動板の変形に倣うような形状にポンプ室を作製することは、実際上困難である。
【０００６】
特許文献２には、ダイヤフラムの変位量を大きくするための変位量増大手段を備えた圧電ポンプが開示されている。特許文献２の図１、図６、図９には、初期状態（電圧の非印加時）において、振動板がポンプ筐体の上に面接触しており、初期状態におけるポンプ室の容積をほぼゼロ状態とした例が開示されている。この場合には、振動板と対向するポンプ筐体の面を平坦面とすればよいので、加工が簡単である。
【０００７】
しかし、ダイヤフラムの外周部に隙間やシール材による変位量増大手段を設けると、特許文献１と同様にダイヤフラムの支持剛性が低くなり、高い吐出圧を得ることは難しい。また、圧電体に正負の交番電圧を印加することにより、振動板を正逆方向に屈曲変位させると、振動板の中心部がポンプ筐体に対して衝突を繰り返すため、圧電体にクラックが発生するなどの問題を引き起こす可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平３−３１５８９号公報
【特許文献２】特開２００１−６５４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ポンプ筐体に格別な加工を行うことなく、吐出圧の高い圧電ポンプ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、本発明の第１の実施形態は、ダイヤフラムに圧電体を接着した振動板を使用し、当該振動板の外周部をポンプ筐体に固定し、前記ポンプ筐体と前記振動板との間にポンプ室を構成し、前記ポンプ室に流入側逆止弁を有する流入口と流出側逆止弁を有する流出口とを接続し、前記圧電体に正負の交番電圧を印加することにより前記振動板を屈曲変位させ、その屈曲変位により前記流入口からポンプ室へ流体を吸込みかつ前記流出口から流体を吐出する圧電ポンプにおいて、前記振動板と対向する前記ポンプ筐体の表面は実質的に平坦面に形成され、前記振動板は、前記ダイヤフラムのうち、前記ポンプ筐体と逆側の主面に前記圧電体を固定したものであり、前記ダイヤフラムは、前記圧電体より線膨張係数が大きい材料よりなり、前記圧電体は前記ダイヤフラムの主面に熱硬化型接着剤により接着固定され、前記熱硬化型接着剤は、硬化状態におけるヤング率が前記ダイヤフラムのヤング率より高く、前記圧電体への電圧の非印加時において、前記ダイヤフラムはポンプ筐体側と逆方向に凸状に反った形状を有し、前記ダイヤフラムの反りによって前記ポンプ筐体との間に前記ポンプ室が形成されていることを特徴とする圧電ポンプを提供する。
【００１１】
本発明の第２の実施形態は、ダイヤフラムに圧電体を接着した振動板を使用し、当該振動板の外周部をポンプ筐体に固定し、前記ポンプ筐体と前記振動板との間にポンプ室を構成し、前記ポンプ室に流入側逆止弁を有する流入口と流出側逆止弁を有する流出口とを接続し、前記圧電体に正負の交番電圧を印加することにより前記振動板を屈曲変位させ、その屈曲変位により前記流入口からポンプ室へ流体を吸込みかつ前記流出口から流体を吐出する圧電ポンプの製造方法において、前記ポンプ筐体の表面は実質的に平坦面に形成され、前記ダイヤフラムは前記圧電体より線膨張係数が大きい材料よりなり、前記ポンプ筐体の平坦面に前記ダイヤフラムの一方主面の外周部を密着固定する第１工程と、前記第１工程の後、前記ダイヤフラムの他方主面の中央部に前記圧電体を熱硬化型接着剤により接着固定する第２工程であって、前記熱硬化型接着剤は硬化状態におけるヤング率が前記ダイヤフラムのヤング率より高く、前記ダイヤフラム上に熱硬化型接着剤を介して圧電体を配置し、高温下で前記熱硬化型接着剤を硬化させ、常温に戻すことにより、前記ダイヤフラムをポンプ筐体側と逆方向に凸状に反った形状とする第２工程とを有し、前記ダイヤフラムの反りによって前記ポンプ筐体との間に前記ポンプ室が形成されることを特徴とする圧電ポンプの製造方法を提供する。
【００１２】
本発明では、ポンプ筐体と振動板との間にポンプ室を形成するために、ポンプ筐体側に凹部を形成するのではなく、振動板のダイヤフラムをポンプ筐体側と逆方向に凸に反った形状としてある。ダイヤフラムの反りによってポンプ筐体との間にポンプ室が形成されるので、ポンプ筐体の表面は平坦面のままでよく、格別な加工を行う必要がない。したがって、薄いフィルムや薄板材を積み重ねた構造のポンプでも容易に作製できる。振動板を駆動してポンプ筐体側へ屈曲させたとき、ダイヤフラムの中央部がポンプ筐体の平坦な表面に近接又は接触するように、ダイヤフラムの反り量が設定されている。その結果、吐出時においてポンプ室の容積をほぼゼロに近づけることができ、吐出圧の高いポンプを得ることができる。振動板を正逆方向に屈曲変位させたとき、振動板の中心部がポンプ筐体に対して衝突しないようにすることで、圧電体にクラック発生などの問題を引き起こす可能性を低くできる。
【００１３】
本発明の圧電ポンプは、振動板の外周部がポンプ筐体に固定されているので、振動板の変位量が小さいが、吐出時のポンプ室の容積をほぼゼロに近づけることで、吐出圧の高いポンプを得ることができる。圧電体とダイヤフラムの材料選定には種々の組み合わせがある。例えば、金属薄板よりなるダイヤフラムの片面に単層の圧電体を貼り付けてユニモルフ型振動板を構成してもよい。但し、ユニモルフ型振動板は、平面方向に伸縮する圧電体を金属板で拘束することにより屈曲振動するものであるため、大きな変位を得ることが難しい。これに対し、圧電体として自ら屈曲振動する２層の圧電体又は積層型の圧電体を使用し、ダイヤフラムとして樹脂シート／樹脂フィルムのような樹脂製ダイヤフラムを使用してバイモルフ型振動板とした場合には、樹脂製ダイヤフラムのヤング率が金属板より格段に小さいので、圧電体の変位を拘束せず、ユニモルフ型に比べて大きな変位を得ることができる。また、樹脂製ダイヤフラムの線膨張係数が金属板より大きいので、大きな反りを付与できる。
【００１４】
樹脂製ダイヤフラムの上に熱硬化型接着剤によりバイモルフ型圧電体を接着した振動板の場合、その外周部をポンプ筐体に固定し、圧電体に正逆の交番電圧を印加すると、振動板の中心部での変位が最大になる。セラミック製圧電体に比べて樹脂製ダイヤフラムの線膨張係数は十倍〜数十倍大きいので、両者に熱を加えて接着すると、ダイヤフラムの収縮によりダイヤフラムはポンプ筐体側と逆方向に凸状に反り、ポンプ室が形成される。そのため、振動板がポンプ筐体方向へ変位したとき、ダイヤフラムとポンプ筐体との隙間が反り量以下になり、吐出時のポンプ室容積を小さくでき、吐出圧を高めることができると共に、ダイヤフラムがポンプ筐体に衝突しないので、圧電体に与える衝撃を解消／緩和できる。
【００１５】
振動板（ダイヤフラム）に反りを付与する方法として、まずダイヤフラムの外周部をポンプ筐体に固着し、その後、熱硬化型接着剤により圧電体をダイヤフラムのポンプ筐体側とは逆側の主面に貼り付け、熱硬化型接着剤を熱硬化させた後、常温に戻すことで反りを与える方法を用いることができる。この方法の他に、まず最初にダイヤフラムの主面に圧電体を熱硬化型接着剤により貼り付け、熱硬化型接着剤を熱硬化させることでダイヤフラムに反りを与え、しかる後、ダイヤフラムの外周部をポンプ筐体に固着する方法を用いることもできる。いずれの場合も、所定の温度と時間をかけて熱硬化型接着剤を硬化させた後、常温に戻すと、ダイヤフラムが圧電体より大きく収縮するので、ポンプ筺体に対して、ダイヤフラム側が凹、圧電体側が凸となるように反ることになる。但し、後者の方法では、ダイヤフラムを反らせた後で外周部をポンプ筐体に固定するので、ダイヤフラムの張力が低下し、駆動時の吐出圧が低くなる可能性がある。これに対し、前者の方法では、ダイヤフラムの外周部を拘束した後、ダイヤフラムの中央部に反りを発生させるので、ダイヤフラムに張力を保持したまま反りを与えることができ、大きな吐出圧を得ることができる。
【００１６】
熱硬化型接着剤としては、エポキシ系接着剤のように、硬化状態におけるヤング率がダイヤフラムのヤング率より高い接着剤を用いるのがよい。ダイヤフラムと圧電体との線膨張係数差による収縮応力が作用したとき、その応力を接着剤層が緩和しないようにするためである。また、熱硬化型接着剤により圧電体をダイヤフラムに貼り付ける方法以外に、樹脂製ダイヤフラムと圧電体とを熱溶着してもよい。この場合も、反りを発生させることが可能である。
【００１７】
本発明において、振動板を構成するダイヤフラムと圧電体とを共に反らせる必要はなく、圧電体はほぼ平坦であって、ダイヤフラムのみが反っていてもよい。その際、熱硬化型接着剤の厚みを、圧電体の中心部より周辺部の厚みが厚くなるように形成すれば、ダイヤフラムに大きな反りを発生させることができる。
【００１８】
ダイヤフラムの外周部をポンプ筐体に固着する方法として、熱硬化型接着剤を用いてもよいが、レーザー溶着、熱溶着、常温硬化型接着剤を用いた接着などの方法で固着するのがよい。すなわち、圧電体を接着すべきダイヤフラムの中央部分に弛みや伸びを発生させないために、ダイヤフラムの中央部分に熱を加えない固着方法が望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明の圧電ポンプによれば、振動板のダイヤフラムをポンプ筐体側と逆方向に凸に反った形状とし、ダイヤフラムの反りによってポンプ筐体との間にポンプ室を形成したので、振動板を駆動してポンプ筐体側へ屈曲させたとき、ダイヤフラムの中央部がポンプ筐体の平坦な表面に近接し、吐出時においてポンプ室の容積をほぼゼロにでき、吐出圧の高いポンプを得ることができる。振動板と対向するポンプ筐体の面は実質的な平坦面であるから、加工が簡単であり、積層構造のポンプでも容易に作製できる。また、振動板を正逆方向に屈曲変位させた場合に、振動板の中心部がポンプ筐体に対して衝突しないので、圧電体の耐久性の高いポンプを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る圧電ポンプの第１実施形態の基本構造を示す断面図である。
【図２】図１に示す圧電ポンプの製造工程図である。
【図３】図１に示す圧電ポンプの駆動原理を示す図である。
【図４】本発明に係る圧電ポンプの第２実施形態の断面図である。
【図５】本発明に係る圧電ポンプの第１実施例の斜視図である。
【図６】図５に示す圧電ポンプの分解斜視図である。
【図７】図５に示す圧電ポンプのダイヤフラムの平面図である。
【図８】図５のVIII−VIII線断面図である。
【図９】図５のIX−IX線断面図である。
【図１０】従来例の断面図である。
【図１１】図１０に示す従来例の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明にかかる圧電ポンプの第１実施形態の基本構造を示す。このポンプＰ１は、ポンプ筐体１の上に振動板１０を固定したものである。振動板１０は、ダイヤフラム１１の上面に熱硬化型接着剤１３を介して圧電体１２を接着したものであり、ダイヤフラム１１の外周部下面１１ａはポンプ筐体１の上面１ａに溶着等によって全周にわたって密着固定されている。ここで、ポンプ筐体１は金属材料や樹脂材料で形成され、その上面１ａは平坦面である。ポンプ筐体１の上面１ａには、流入側逆止弁３を有する流入口２と流出側逆止弁５を有する流出口４とが接続されている。ダイヤフラム１１はＰＥＴ、ポリイミド等の一定厚みの樹脂シートや樹脂フィルムで形成されている。圧電体１２は、例えばＷＯ２００８−００７６３４号公報に示されたような２層または積層型のセラミック圧電体で構成されている。この圧電体１２の表裏電極と層間電極間に交番電圧（矩形波電圧又は交流電圧）を印加したとき、中心領域と周辺領域とが逆方向に屈曲変形するので、外周部が固定支持されていても、中央部に大きな変位を得ることができる。なお、圧電体１２の構造は前記構造に限るものではなく、ユニモルフ型振動板であってもよいが、交番電圧を印加することにより自身で屈曲振動できるバイモルフ型振動板の方が好ましい。
【００２２】
振動板１０は、電圧の非印加時において、その中央部が上に凸となるように反っており、振動板１０の反りによってダイヤフラム１１とポンプ筐体１との間にポンプ室６が形成されている。図１では、ダイヤフラム１１だけでなく、圧電体１２も上に凸に反った形状としているが、圧電体１２の厚みがダイヤフラム１１に比べて十分に厚い場合には、圧電体１２はほぼ平坦で、ダイヤフラム１１だけが反った形状であってもよい。
【００２３】
図２の（Ａ）〜（Ｄ）は、上述の圧電ポンプＰ１の製造方法の一例を示す。図２の（Ａ）は、ポンプ筐体１の上面１ａにダイヤフラム１１を配置する前の状態を示す。ここで、ダイヤフラム１１は反りのない平坦な樹脂シート又は樹脂フィルムで形成されている。
【００２４】
図２の（Ｂ）は、ダイヤフラム１１をポンプ筐体１の上面１ａに配置した後、上方からダイヤフラム１１の外周部に対してレーザーを照射し、ダイヤフラム１１の外周部１１ａをポンプ筐体１の上面１ａに溶着する様子を示す。なお、ポンプ筐体１がダイヤフラム１１と同一材料で形成されている場合には、ポンプ筐体１とダイヤフラム１１とが互いに溶着する。レーザーの照射範囲は、遮光マスクの形状で設定可能である。レーザー溶着では、ダイヤフラム１１の外周部１１ａのみが局部的に高温になるが、ダイヤフラム１１の中央部分は加熱されないので、ダイヤフラム１１の中央部分に弛みや伸びが発生しない。なお、溶着方法としては、外周部のみを局部的に加熱できる方法であれば、レーザー溶着に限らず熱溶着でもよい。
【００２５】
図２の（Ｃ）は、ポンプ筐体１上に溶着されたダイヤフラム１１の上面中央部に圧電体１２を接着する前の状態を示す。ここで、圧電体１２の下面には予め熱硬化型接着剤１３が薄膜状に塗布されており、常温下で熱硬化型接着剤１３は粘性を持つ液状であるため、圧電体１２をダイヤフラム１１に対して押し付けることで粘着保持される。このとき、ダイヤフラム１１の下面はポンプ筐体１の平坦な上面１ａで支持されるので、上から圧力をかけた時にダイヤフラム１１が撓むことがなく、隙間なく面接着できる。熱硬化型接着剤１３としては、エポキシ系接着剤のようにダイヤフラム１１よりヤング率の高い接着剤を用いるのがよい。その理由は、後述するダイヤフラム１１と圧電体１２との線膨張係数差による収縮応力が作用したとき、その応力を接着剤層１３が緩和しないようにするためである。
【００２６】
図２の（Ｄ）は、上述のようにダイヤフラム１１の上に圧電体１２を接着（未硬化状態）したポンプ筐体１を熱硬化炉に投入し、熱処理を実施した後の状態を示す。熱硬化型接着剤１３を硬化させる場合、硬化温度は６０℃〜１５０℃、硬化時間は１０分〜２時間程度必要であるため、熱硬化炉の中でダイヤフラム１１は熱膨張し、その状態で熱硬化型接着剤１３は硬化する。しかる後に振動板１０を含むポンプ筐体１を熱硬化炉から取り出し、常温に戻すと、ダイヤフラム１１と圧電体１２との線膨張係数差のため、ダイヤフラム１１は圧電体１２より大きく収縮し、ダイヤフラム１１は上に凸に反った形状となる。この反りによって、ダイヤフラム１１とポンプ筐体１との間にポンプ室６を形成できる。なお、ダイヤフラム１１の反り量は、圧電体１２がポンプ筐体１側へ屈曲したとき、ダイヤフラム１１の中央部がポンプ筐体１の表面に近接又は接触するように設定されている。この反り量は、圧電体１２及びダイヤフラム１１の材質、サイズ、熱処理条件等によって種々設計できる。
【００２７】
図３の（Ａ）〜（Ｃ）は、上記方法により製造された圧電ポンプＰ１の作動を示す。図３の（Ａ）は初期状態（電圧の非印加時）であり、ダイヤフラム１１の反りによってポンプ筐体１との間にポンプ室６が形成されている。ポンプ室６は、流入口２及び流出口４と接続されている。
【００２８】
図３の（Ｂ）は、圧電体１２にその中央部が上側に凸となるように変形する電圧を印加した状態を示す。圧電体１２が上側に屈曲変形することで、ダイヤフラム１１も一体に変形し、ポンプ室６の容積が拡大する。そのため、流入側逆止弁３が自動的に開き、流入口２から流体がポンプ室６へ吸い込まれる。この時点では、流出側逆止弁５は閉じたままである。
【００２９】
図３の（Ｃ）は、圧電体１２に対して（Ｂ）とは逆向きの電圧を印加した状態を示す。これにより、ダイヤフラム１１を含む振動板は平坦方向に変形し、ダイヤフラム１１とポンプ筐体１の上面１ａとの隙間はほぼゼロ、すなわち、ポンプ室６の容積がほぼゼロになる。そのため、押し出された流体の圧力により流出側逆止弁５が開かれ、流体は流出口４より吐出される。吐出時におけるポンプ室６の容積がほぼゼロであるため、吸込み時とのポンプ室の体積変化率が大きくなり、吐出圧力の高いポンプを実現できる。
【００３０】
以後、圧電体１２に正負の交番電圧を印加することにより、図３の（Ａ）〜（Ｃ）の動作を繰り返し、流入口２から流体を吸込み、流出口４より高圧力の流体を吐出することができる。
【００３１】
圧電体１２として厚み３００μｍのＰＺＴ（線膨張係数：約１ｐｐｍ／℃）を使用し、熱硬化型接着剤１３として厚み３０μｍのエポキシ系接着剤を使用し、ダイヤフラム１１として厚み７５μｍのＰＥＴ樹脂フィルム（線膨張係数：約２０ｐｐｍ／℃）を使用し、ポンプ筐体１とダイヤフラム１１との非溶着部（ポンプ室６）の内径寸法Ｄをφ１５ｍｍとした場合、圧電体１２とダイヤフラム１１との線膨張係数差により約２０μｍの反りＨを得ることができる（図１参照）。このような圧電ポンプＰ１において、圧電体に±６Ｖの電圧を印加すると、その中心部に正逆それぞれ約１５μｍ程度の変位を得ることができる。そのため、吐出時におけるダイヤフラムとポンプ筐体との隙間が５μｍ以下になり、ポンプ室容積をほぼゼロにできると共に、ダイヤフラムがポンプ筐体に衝突するのを回避できる。流体としてエアを使用した場合、圧電体を±６Ｖ、１Ｈｚで駆動すると、吐出流量は１．４μｌ／ｓ、吐出圧が７ｋＰａとなった。一方、流体としてメタノールを使用した場合には、吐出流量は１．４μｌ／ｓ、吐出圧が４０ｋＰａとなった。このように非常に高い吐出圧のポンプを実現できた。
【００３２】
〔第２実施形態〕
図４は、本発明に係る圧電ポンプの第２実施形態を示す。このポンプＰ２は、圧電体１２をダイヤフラム１１に接着するための熱硬化型接着剤１３の厚みを、圧電体１２の中心部より周辺部が厚くなるように形成している点を除き、第１実施形態のポンプＰ１と同様である。すなわち、圧電体１２の周辺部における熱硬化型接着剤１３の厚みｔ１は、圧電体１２の中心部における熱硬化型接着剤１３の厚みｔ２より厚い。この実施形態では、圧電体１２が反りを与えにくい厚みを持つ場合でも、熱硬化型接着剤１３の厚み差によってダイヤフラム１１に反りを発生させることができる。
【００３３】
−実施例−
図５〜図９は本発明に係る圧電ポンプの第１実施例を示す。この圧電ポンプＰ３は、ベース板２０、基材シート２１、ダイヤフラム２２、第１枠体２３、第２枠体２４を順に積層し、接着又は溶着したものである。ダイヤフラム２２の中央部には圧電体２５が接着され、ベース板２０の１つのコーナ部には外部端子３１，３２を持つ端子台３０が設けられている。
【００３４】
ベース板２０は、強度を確保するために例えば厚さ０．５ｍｍのステンレス板で構成されている。ベース板２０の周辺部には複数の取付穴２０ａが形成されている。基材シート２１、ダイヤフラム２２、第１枠体２３、第２枠体２４は例えば厚さ７５μｍのＰＥＴ樹脂フィルムで構成されている。そのため、この圧電ポンプは、全体の厚みが約１ｍｍの超薄型ポンプに構成されている。
【００３５】
基材シート２１はベース板２０上に全面で密着固定され、本発明のポンプ筐体が構成される。基材シート２１のポンプ室と対応する箇所には、中心部から放射方向に延びる流入流路２１ａ、流出流路２１ｂが貫通形成されている。流路２１ａ，２１ｂは例えば０．５ｍｍ程度の細幅なスリットで構成されている。
【００３６】
ダイヤフラム２２は、図７に示すように、ポンプ室となる円形領域２２ａより外側の領域が基材シート２１上に密着固定されている。ダイヤフラム２２の円形領域２２ａより外側の領域には、基材シート２１の流入流路２１ａの外側端部と対応する位置に流入穴２２ｂが形成され、流出流路２１ｂの外側端部と対応する位置に流出側弁穴２２ｃが形成されている。
【００３７】
第１枠体２３は、ダイヤフラム２２の周辺部に密着固定され、第２枠体２４は第１枠体２３上に密着固定されている。第１枠体２３及び第２枠体２４の内側には、圧電体２５より大きな開口部２３ａ，２４ａが形成されている。第１枠体２３の周辺枠部には、ダイヤフラム２２の流入穴２２ｂ及び流出側弁穴２２ｃと対向する位置に、弁室を形成するための貫通穴２３ｂ，２３ｃが形成されている。これら貫通穴２３ｂ，２３ｃ内には、それぞれ逆止弁２７，２８が収容されている。第２枠体２４の周辺枠部には、ダイヤフラム２２の流入穴２２ｂ及び流出側弁穴２２ｃと対向する位置に、それぞれ流入側弁穴２４ｂと流出穴２４ｃとが形成されている。流入側逆止弁２７は、第２枠体２４の流入側弁穴２４ｂを常時閉じており、流出側逆止弁２８は、ダイヤフラム２２の流出側弁穴２２ｃを常時閉じている。
【００３８】
ダイヤフラム２２の上面中央部には、四角形状の圧電体２５が熱硬化型接着剤（図示せず）によって接着され、ダイヤフラム２２と圧電体２５とで振動板２６が構成されている。ダイヤフラム２２に対する圧電体２５の接着は、ベース板２０に対して基材シート２１、ダイヤフラム２２、第１枠体２３、第２枠体２４を固着した後で実施される。つまり、ダイヤフラム２２の変形できる円形領域２２ａを除く周辺領域を基材シート２１に固着した後で、圧電体２５が接着される。圧電体２５とダイヤフラム２２との線膨張係数差によって、振動板２６には上向きに凸の反りが付与される（図８，図９参照）。この反りにより、ダイヤフラム２２と基材シート２１との間にポンプ室２９が形成される。
【００３９】
ベース板２０を除く基材シート２１、ダイヤフラム２２、第１枠体２３、第２枠体２４の１つのコーナ部は切り欠かれており、これら切欠部を介してベース板２０上に端子台３０が固定されている。端子台３０には一対の外部端子３１，３２が固定されており、これら外部端子３１，３２が圧電体２５の電極（図示せず）に接触することで、圧電体２５に交番電圧を印加できる。
【００４０】
本実施例では、圧電体２５は四角形に形成され、その面積はポンプ室を構成する円形領域２２ａより広い。つまり、圧電体２５の外周部は変位できないが、前述のＷＯ２００８−００７６３４号公報のように電極が円形に形成されている場合には、外周角部は殆ど変形しないので、問題がない。
【００４１】
上記実施例では、ポンプ筐体の平面を構成する基材シート２１に、中心部から放射方向に延びる流入流路２１ａ及び流出流路２１ｂを形成したが、これは液体のような粘性のある流体を流す場合に好適な構造である。エアのような比較的粘性の低い流体を流す場合には、流入穴及び流出穴がダイヤフラムの変位領域内に位置しておれば、ポンプ筐体の平面上の流入流路や流出流路を省略することも可能である。
【符号の説明】
【００４２】
Ｐ１〜Ｐ３    圧電ポンプ
１            ポンプ筐体
１ａ          上面（平坦面）
２            流入口
３            流入側逆止弁
４            流出口
５            流出側逆止弁
６            ポンプ室
１０          振動板
１１          ダイヤフラム
１１ａ        溶着部
１２          圧電体
１３          熱硬化型接着剤
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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