(57)【要約】【課題】小型化と高吐出圧化とを両立させたポンプ装置を提供することができる。【解決手段】ポンプ装置を次のように構成する。中心軸に垂直な断面が矩形状を呈し、該矩形状を構成する短辺と長辺との比率が所定の値に設定され、縦振動と捻れ振動とが同時に励起されることで楕円振動が励起される積層圧電素子40と、積層圧電素子40のうち楕円振動が励起される面に設けられた摩擦接触子41-1,41-2と、摩擦接触子41-1,41-2によって摺動駆動される摺動板14と、摺動板14の回転に起因して回転駆動される第１の歯車71-1と、第１の歯車71-1の回転で従動回転する第２の歯車71-2と、歯車71-1,71-2が配設された歯車収容空間60Sと、摺動板14に向かって積層圧電素子40を押圧する押圧機構部20と、押圧機構部20によって押圧した状態で積層圧電素子40を保持するフレーム31と、を、前記ポンプ装置に具備させる。【選択図】図１
2014005758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吸入して吐出するポンプ装置であって、
中心軸に垂直な断面が矩形状を呈し、該矩形状を構成する短辺と長辺との比率が所定の値に設定され、前記中心軸方向に伸縮する縦振動と、前記中心軸を捻れ軸とする捻れ振動と、が同時に励起されることで楕円振動が励起される振動子と、
前記振動子のうち前記楕円振動が励起される面に設けられた摩擦接触子と、
略円板形状を呈し、一方面において前記摩擦接触子に対して当接し、前記振動子の前記楕円振動を駆動源として、前記中心軸を回転軸として、前記摩擦接触子によって摺動駆動される摺動板と、
前記摺動板の回転に起因して、前記中心軸を回転軸として回転駆動される第１の歯車と、
前記第１の歯車の回転によって従動回転する第２の歯車と、
前記第１の歯車と前記第２の歯車とが配設され、且つ、前記液体を吸入する吸入口と吐出する吐出口とが形成されたポンプ室と、
前記摺動板に向かって前記振動子を押圧する押圧部と、
前記押圧部が組み付けられ、前記押圧部によって押圧した状態で前記振動子を保持するフレームと、
を具備することを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
前記摺動板の他方面は、前記第１の歯車に対して固定されており、
前記摺動板と共に前記ポンプ室を封止し、前記フレームが載置されて固定された板状部材を含む
ことを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項３】
前記摺動板に固定され、前記摺動板の回転軸上に出力軸を備えたロータを含み、
前記出力軸は、前記第１の歯車に対して固定されている
ことを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項４】
前記振動子のうち前記フレームと対向する面には、当該面に対して略垂直な突起部材が、前記捻れ振動の節位置近傍に設けられ、
前記フレームには、前記突起部材と係合するスリットが形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばギアポンプ等のポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、歯車（ギア）を回転させて液体を搬送するギアポンプが知られている。ギアポンプは、自吸能力が高く、高粘度の液体を吸い込み加圧して排出することができる。また、ギアポンプは、歯車の回転量や回転角度に正比例した体積の液体を移動させることができる為、定量ポンプとして使用できる。
【０００３】
一般的に、ギアポンプにおいては、歯車を回転させる動力源として電磁モータが使用されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３１０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般的な電磁モータの場合、出力軸に歯車を固定（結合）して駆動する為、当該出力軸について連結部（連結手段）を設ける必要が有る。この点は、当該電磁モータを搭載する装置の小型化を困難にしている。
さらに、ギアポンプを高吐出圧化する為には、電磁モータのトルクを大きくする必要がある。そして、電磁モータのトルクを大きくする為には、例えば当該電磁モータ自体を大型化するか、多段の減速ギアを設けて回転数を減少させる必要がある。
【０００６】
上述したように、ギアポンプを高吐出圧化する為には、電磁モータの大型化は免れられず、当該ギアポンプ自体の大型化も免れられない。従って、小型で高吐出圧のポンプの実現は困難であるとされている。
本発明は、上述の事情に鑑みて為されたものであり、小型化と高吐出圧化とを両立させたポンプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明の一態様によるポンプ装置は、
液体を吸入して吐出するポンプ装置であって、
中心軸に垂直な断面が矩形状を呈し、該矩形状を構成する短辺と長辺との比率が所定の値に設定され、前記中心軸方向に伸縮する縦振動と、前記中心軸を捻れ軸とする捻れ振動と、が同時に励起されることで楕円振動が励起される振動子と、
前記振動子のうち前記楕円振動が励起される面に設けられた摩擦接触子と、
略円板形状を呈し、一方面において前記摩擦接触子に対して当接し、前記振動子の前記楕円振動を駆動源として、前記中心軸を回転軸として、前記摩擦接触子によって摺動駆動される摺動板と、
前記摺動板の回転に起因して、前記中心軸を回転軸として回転駆動される第１の歯車と、
前記第１の歯車の回転によって従動回転する第２の歯車と、
前記第１の歯車と前記第２の歯車とが配設され、且つ、前記液体を吸入する吸入口と吐出する吐出口とが形成されたポンプ室と、
前記摺動板に向かって前記振動子を押圧する押圧部と、
前記押圧部が組み付けられ、前記押圧部によって押圧した状態で前記振動子を保持するフレームと、
を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、小型化と高吐出圧化とを両立させたポンプ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るポンプ装置の一構成例を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係るポンプ装置の動力部を分解して示す斜視図である。
【図３】図３は、図１に示すポンプ装置のＡ−Ａ´矢視断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態に係るポンプ装置のポンプ部を分解して示す斜視図である。
【図５】図５は、図４に示すポンプ部の組み立て後を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態に係るポンプ装置が具備する振動子の位置決め構造の一例を示す斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａは、積層圧電素子を構成する圧電シートの一構成例を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、積層圧電素子の一積層構成例を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、積層圧電素子の外形を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、積層圧電素子を、図８Ａにおいて矢印Ａ１で示す方向から観た図（側面図）である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、積層圧電素子を、図８Ａにおいて矢印Ａ２で示す方向から観た図（側面図）である。
【図９Ａ】図９Ａは、縦１次振動モードにおける積層圧電素子の振動状態を破線で示す斜視図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、捻れ２次振動モードにおける積層圧電素子の振動状態を破線で示す斜視図である。
【図１０】図１０は、積層圧電素子の各振動モードにおける共振周波数特性の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、液体の吸入動作及び吐出動作を行うポンプ部の模式図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２実施形態に係るポンプ装置の一構成例を示す斜視図である。
【図１３】図１３は、本発明の第２実施形態に係るポンプ装置の分解斜視図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２実施形態に係るポンプ装置のロータ機構部近傍についての分解斜視図である。
【図１５】図１５は、動力部とポンプ部との結合に係る部位を示す斜視図である。
【図１６】図１６は、動力部に対してポンプ部を組み付ける例を示す斜視図である。
【図１７】図１７は、歯車収容空間が封止される前のポンプ部を示す斜視図である。
【図１８】図１８は、ポンプ部の一構成例を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る超音波モータについて、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るポンプ装置の一構成例を示す斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るポンプ装置の動力部を分解して示す斜視図である。図３は、図１に示すポンプ装置のＡ−Ａ´矢視断面図である。図４は、本発明の第１実施形態に係るポンプ装置のポンプ部を分解して示す斜視図である。図５は、図４に示すポンプ部の組み立て後を示す図である。図６は、本発明の第１実施形態に係るポンプ装置が具備する振動子の位置決め構造の一例を示す斜視図である。
【００１１】
図１に示すように、本第１実施形態に係るポンプ装置は、動力部３と、ポンプ部５と、を具備する。
前記動力部３は、摺動板１４と、押圧機構部２０と、フレーム３１と、積層圧電素子４０と、を有する。
まず、フレーム３１について詳細に説明する。前記フレーム３１は、振動体収容フレーム３１Ｐと、ポンプ部結合フレーム３１Ｑと、を備える。
【００１２】
前記振動体収容フレーム３１Ｐは、互いに対向する一対の板状部材であって積層圧電素子４０の主平面と対向する第１板状部材３１Ｐ１及び第２板状部材３１Ｐ２と、押圧機構部２０が組み付けられる第３板状部材３１Ｐ３と、から成る。
【００１３】
前記第１板状部材３１Ｐ１には、積層圧電素子４０の長手方向に沿って（平行に）スリット３１Ｐ１ｓｌが形成され、このスリット３１Ｐ１ｓｌには、積層圧電素子４０の主平面のうち捻り振動の節位置近傍に設けられた保持ピン２２ｔ１が挿入される。同様に、前記第２板状部材３１Ｐ２には、図２に示すように積層圧電素子４０の長手方向に沿って（平行に）スリット３１Ｐ２ｓｌが形成され、このスリット３１Ｐ２ｓｌには、積層圧電素子４０の主平面のうち捻り振動の節位置近傍に設けられた保持ピン２２ｔ２が挿入される。
【００１４】
図２及び図６に示すように、保持ピン２２ｔ１とスリット３１Ｐ１ｓｌとが係合し、且つ、保持ピン２２ｔ２とスリット３１Ｐ２ｓｌとがそれぞれ係合することで、積層圧電素子４０の回転規制（摺動板１４の回転と同方向の回転、バネ２１の押圧力の方向に対して垂直な面内の回転）が為される。
【００１５】
前記第３板状部材３１Ｐ３には、積層圧電素子４０の上端面に設けられた押圧軸２２ａが挿入される押圧軸挿入孔３１Ｐ３ｈが、当該振動体収容フレーム３１Ｐに配設された積層圧電素子４０の捻れ軸（捻れ振動の中心軸）の延長上の位置に設けられている。
【００１６】
前記ポンプ部結合フレーム３１Ｑは、第１結合部材３１Ｑ１と第２結合部材３１Ｑ２とを備える。前記第１結合部材３１Ｑ１は、第１板状部材３１Ｐ１のうちポンプ部５側の端部に設けられ、ポンプ部５の封止部材であるポストプレート５０の突起部５１−１が挿通される貫通孔３１Ｑ１ｈが形成されている。同様に、前記第２結合部材３１Ｑ２は、第２板状部材３１Ｐ２のうちポンプ部５側の端部に設けられ、ポンプ部５の封止部材であるポストプレート５０の突起部５１−２が挿通される貫通孔３１Ｑ２ｈが形成されている。
【００１７】
詳細は後述するが、ポンプ部５のポストプレート５０の突起部５１−１には螺子穴が形成されており、突起部５１−１は第１結合部材３１Ｑ１の貫通孔３１Ｑ１ｈに挿入された後、当該第１結合部材３１Ｑ１に対して固定ビスＳｒによって螺子止めされる。同様に、ポストプレート５０の突起部５１−２には螺子穴が形成されており、突起部５１−２は第２結合部材３１Ｑ２の貫通孔３１Ｑ２ｈに挿入された後、当該第２結合部材３１Ｑ２に対して固定ビスＳｒによって螺子止めされる。このようにポストプレート５０を介して動力部３とポンプ部５とが一体的に結合される。
【００１８】
前記摺動板１４は、図３及び図４に示すように一方面（上面）は積層圧電素子４０の下端面に設けられた摩擦接触子４１に接触し、且つ、他方面（下面）は後述する第１歯車７１−１の上面に対して結合（例えば接着等により固定）されている。ここで、摺動板１４の回転軸と第１歯車７１−１の回転軸とは、同一直線（積層圧電素子４０の中心軸（捻れ振動における中心軸））上にある。
【００１９】
前記押圧機構部２０は、図１及び図２に示すようにバネ２１と押圧軸２２ａとを備える。前記バネ２１は、積層圧電素子４０をポンプ部５に向かって押圧する為の部材であり、押圧軸２２ａによって位置決めされる。前記押圧軸２２ａは、バネ２１内に挿通され、一方端が積層圧電素子４０の下端面のうち当該積層圧電素子４０の長手方向の中心軸（捻れ振動の中心軸）上に固定され、且つ、他方端は振動体収容フレーム３１Ｐの第３板状部材３１Ｐ３に形成された押圧軸挿入孔３１Ｐ３ｈに挿入される。
【００２０】
このように押圧軸２２ａが、振動体収容フレーム３１Ｐの第３板状部材３１Ｐ３に設けられた押圧軸挿入孔３１Ｐ３ｈに挿入されることで、積層圧電素子４０の位置が規制され、且つ位置決めが為される（積層圧電素子４０がバネ２１による押圧の方向と垂直な方向に移動することが規制される）。
【００２１】
前記積層圧電素子４０は、圧電シートが積層されて成る振動体であり、上端面には上述した押圧軸２２ａが設けられており、下端面には摩擦接触子４１が設けられている。積層圧電素子４０の積層構造については、後に詳述する。
図３に示すように前記摩擦接触子４１−１，４１−２は、積層圧電素子４０の下面（摺動板１４に対向する面）のうち駆動に最適な楕円振動が発生する位置近傍に設けられており、摺動板１４に接触している。
具体的には、摩擦接触子４１−１，４１−２は、積層圧電素子４０の縦振動及び捻り振動を阻害しない位置（最大振幅を得る為の位置）、すなわち積層圧電素子４０の長手方向における両端面のうち長辺方向（積層圧電素子４０の幅方向）の最外周部位近傍且つ短辺方向（積層圧電素子４０の厚み方向）の中央部位近傍の位置に設けられている。これら摩擦接触子４１−１，４１−２は、積層圧電素子４０の振動を駆動源として摺動板１４を摩擦摺動して回転させる。
【００２２】
ところで、ポンプ部５は、図３乃至図５に示すように、ポンプケース６０と、ポストプレート５０と、第１の歯車７１−１と、第２の歯車７１−２と、を有する。
前記ポンプケース６０は、所謂ギアポンプを構成する歯車である第１の歯車７１−１と第２の歯車７１−２とを収容してポンプ室として機能する歯車収容空間６０Ｓが形成されている。このポンプケース６０は、図４に示すように、第１の回転軸部材６５−１と、第２の回転軸部材６５−２と、管状部材接続部６１−１，６１−２と、を備える。
【００２３】
前記第１の回転軸部材６５−１は、第１の歯車７１−１に形成された貫通孔７１−１ｈに挿入される軸部材である。同様に、前記第２の回転軸部材６５−２は、第２の歯車７１−２に形成された貫通孔７１−２ｈに挿入される軸部材である。
第１の歯車７１−１は、貫通孔７１−１ｈに第１の回転軸部材６５−１が挿入されることで、歯車収容空間６０Ｓ内で位置決めされると共に、回転可能に保持される。同様に、第２の歯車７１−２は、貫通孔７１−２ｈに第２の回転軸部材６５−２が挿入されることで、歯車収容空間６０Ｓ内で位置決めされると共に、回転可能に保持される。これら第１の歯車７１−１と第２の歯車７１−２とが噛み合って回転することで、当該ポンプ部５が所謂ギアポンプとして機能する。
【００２４】
前記管状部材接続部６１−１，６１−２は、当該ポンプ部５が吸入する液体を供給する為の管状部材（不図示）、及び、当該ポンプ部５が吐出する液体を搬送する為の管状部材（不図示）の端部に挿入する突起部材である。換言すれば、管状部材接続部６１−１，６１−２は、液体搬送の為の管状部材（不図示）と歯車収容空間６０Ｓとを接続する為の突起部材である。管状部材接続部６１−１，６１−２は、ポンプケース６０の側壁のうち、第１の歯車７１−１と第２の歯車７１−２とが噛み合っている位置に対応する部位に設けられている。管状部材接続部６１−１，６１−２には、それぞれ歯車収容空間６０Ｓの内外を通じる貫通孔が形成されている。
【００２５】
ここで、ポンプケース６０のうちポストプレート５０との対向面（上面）には、図４に示すように当該ポンプケース６０をポストプレート５０に対して締結する為の固定ビスＳｒを捻じ込む螺子孔ｈが形成されている。
前記第１の歯車７１−１は、略円盤形状を呈する歯車部材であって、その中心には厚み方向に貫通した貫通孔７１−１ｈが形成されている。この貫通孔７１−１ｈは、ポンプケース６０の歯車収容空間６０Ｓに設けられた第１の回転軸部材６５−１に挿入され、当該第１の歯車７１−１を位置決めすると共に回転可能に保持する。この第１の歯車７１−１の上面は摺動板１４の下面に対して固定されており、摺動板１４の回転に伴って当該第１の歯車７１−１も同様に回転する。
【００２６】
前記第２の歯車７１−２は、略円盤形状を呈する歯車部材であって、その中心には厚み方向に貫通した貫通孔７１−２ｈが形成されている。この貫通孔７１−２ｈは、ポンプケース６０の歯車収容空間６０Ｓに設けられた第２の回転軸部材６５−２に挿入され、当該第２の歯車７１−２を位置決めすると共に回転可能に保持する。この第２の歯車７１−２は、第１の歯車７１−１と噛み合う態様で配設されており、第１の歯車７１−１が動力部３によって回転駆動されると、この回転する第１の歯車７１−１に従動して回転する。
【００２７】
前記ポストプレート５０は、ポンプケース６０の歯車収容空間６０Ｓを封止する為の板状部材であり、固定ビスＳｒによってポンプケース６０に対して締結する為の貫通孔（不図示）が、ポンプケース６０上面の螺子孔ｈに対応する位置に形成されている。ポストプレート５０には、第１の歯車７１−１の直上に対応する部位に、図２乃至図４に示すように摺動板１４の直径よりも小さい径であって且つ積層圧電素子４０の下端面よりも大きい径の略円形状の貫通孔５０Ｈが形成されている。そして、ポンプケース６０の歯車収容空間６０Ｓは、図３に示すようにポストプレート５０と摺動板１４とによって封止されている。
【００２８】
ポストプレート５０下面と摺動板１４上面との接触部位は、例えば次のように構成されている。すなわち、ポストプレート５０の下面のうち少なくとも摺動板１４との接触部位、及び、摺動板１４の上面のうち少なくともポストプレート下面との接触部位は、歯車収容空間６０Ｓ内の液体が外部に漏れることなく、且つ、摩擦係数も小さい状態となるように、表面粗度が精度良く加工されている。
【００２９】
なお、摺動板１４とポストプレート５０との間に、歯車収容空間６０Ｓの密閉性をより確実なものとする為に、例えばシール部材（不図示）等を更に配設してもよい。このシール部材（不図示）には、摺動板１４とポストプレート５０との間の摺動性及びシール性を確保する為に例えばＤＬＣコート等の表面処理を施してもよい。
【００３０】
ところで、ポストプレート５０の上面には、前記第１結合部材３１Ｑ１の貫通孔３１Ｑ１ｈに挿入される突起部５１−１と、前記第２結合部材３１Ｑ２の貫通孔３１Ｑ２ｈに挿入される突起部５１−２と、が設けられている。
これら突起部５１−１，５１−２には、第１結合部材３１Ｑ１及び第２結合部材３１Ｑ２とポストプレート５０と、を固定ビスＳｒで締結する為の螺子孔ｈが形成されている。フレーム３１（第１結合部材３１Ｑ１及び第２結合部材３１Ｑ２）とポストプレート５０とが固定ビスＳｒによって締結されることで、フレーム３１によって保持された積層圧電素子４０がポンプ部５に向かって押圧され、積層圧電素子４０に設けられた摩擦接触子４１が摺動板１４に対して圧接する。
【００３１】
動力部３とポンプ部５との位置決めは、第１結合部材３１Ｑ１の貫通孔３１Ｑ１ｈにポストプレート５０の突起部５１−１が挿入されるように、且つ、第２結合部材３１Ｑ２の貫通孔３１Ｑ２ｈにポストプレート５０の突起部５１−２が挿入されるように、ポストプレート５０上に動力部３が組み付けられることで為される。
【００３２】
以下、積層圧電素子４０の構成について詳細に説明する。
以下、積層圧電素子４０を構成する圧電シートについて詳細に説明する。図７Ａは、積層圧電素子４０を構成する圧電シートの一構成例を示す図である。同図に示すように、積層圧電素子４０は、３種類の圧電シート（第１の圧電シート４０１、第２の圧電シート４０２、第３の圧電シート４０３）から成る。
【００３３】
これら第１の圧電シート４０１、第２の圧電シート４０２、及び第３の圧電シート４０３は、矩形のシート状の圧電素子であり、例えばハード系のチタン酸ジルコン酸鉛の圧電セラミックス素子（ＰＺＴ）から成る。
詳細には、前記第１の圧電シート４０１の電極形成面上には、その長手方向における略中央位置に、＋相の第１内部電極４０１ａと＋相の第２内部電極４０１ｃとが、中心線Ｃ（短辺を２等分する線）に対して対称に設けられている。
【００３４】
同様に、前記第２の圧電シート４０２の電極形成面上には、その長手方向における略中央位置に、−相の第１内部電極４０２ａと−相の第２内部電極４０２ｃとが、中心線Ｃ（短辺を２等分する線）に対して対称に設けられている。
ここで、前記＋相の第１内部電極４０１ａは、矩形形状を呈する第１の圧電シート４０１の一方長辺に向かって延びて露出する端部４０１ａｅを備えている。前記＋相の第２内部電極４０１ｃは、矩形形状を呈する第１の圧電シート４０１の他方長辺に向かって延びて露出する端部４０１ｃｅを備えている。
【００３５】
同様に、前記−相の第１内部電極４０２ａは、矩形形状を呈する第２の圧電シート４０２の一方長辺に向かって延びて露出する端部４０２ａｅを備えている。前記−相の第２内部電極４０２ｃは、矩形形状を呈する第２の圧電シート４０２の他方長辺に向かって延びて露出する端部４０２ｃｅを備えている。
【００３６】
ここで、上述の各内部電極４０１ａ，４０１ｃ，４０２ａ，４０２ｃは、例えば厚さ４μｍの銀パラジウム合金から成る。また、上述の各内部電極４０１ａ，４０１ｃ，４０２ａ，４０２ｃが設けられている位置は、積層圧電素子４０のうち捻り振動の応力が最大となる位置に対応する位置である。
【００３７】
前記第３の圧電シート４０３は、第１の圧電シート４０１及び第２の圧電シート４０２と同形状であって、且つ、内部電極が設けられていないシート状の部材である。つまり、第３の圧電シート４０３は、積層圧電素子４０において絶縁層を成す圧電シートである。
【００３８】
図７Ｂは、積層圧電素子４０の一積層構成例を示す図である。積層圧電素子４０は、同図に示すように、第１積層部位４１１と、第２積層部位４１２と、第３積層部位４１３と、第４積層部位４１４と、第５積層部位４１５と、から成る。
詳細には、これら各積層部位（第１積層部位４１１、第２積層部位４１２、第３積層部位４１３、第４積層部位４１４、第５積層部位４１５）の積層構成は、上述した各圧電シートが次のように積層されて成る部位である。
《第１積層部位４１１》
第１積層部位４１１は、少なくとも１枚の第３の圧電シート４０３から成る（複数枚の第３の圧電シート４０３から成る場合は、第３の圧電シート４０３がその厚み方向に積層されて成る）。
《第２積層部位４１２》
第２積層部位４１２は、第１積層部位４１１上に積層された部位であって、第１の圧電シート４０１と第２の圧電シート４０２とがその厚み方向に交互に積層されて成る。
《第３積層部位４１３》
第３積層部位４１３は、第２積層部位４１２上に積層された部位であって、少なくとも１枚の第３の圧電シート４０３から成る（複数枚の第３の圧電シート４０３から成る場合は、第３の圧電シート４０３がその厚み方向に積層されて成る）。
《第４積層部位４１４》
第４積層部位４１４は、第３積層部位４１３上に積層された部位であって、第１の圧電シート４０１と第２の圧電シート４０２とがその厚み方向に交互に積層されて成る。
《第５積層部位４１５》
第５積層部位４１５は、第４積層部位４１４上に積層された部位であって、少なくとも１枚の第３の圧電シート４０３から成る（複数枚の第３の圧電シート４０３から成る場合は、第３の圧電シート４０３がその厚み方向に積層されて成る）。
【００３９】
図８Ａは、積層圧電素子４０の外形を示す図である。図８Ｂは、積層圧電素子４０を、図８Ａにおいて矢印Ａ１で示す方向から観た図（側面図）である。図８Ｃは、積層圧電素子４０を、図８Ａにおいて矢印Ａ２で示す方向から観た図（側面図）である。
図８Ｂに示すように、積層圧電素子４０の一方側面には、第２積層部位において端部４０１ａｅ同士，端部４０２ａｅ同士をそれぞれ接続（短絡）する外部電極１０１Ｂ＋，１０１Ｂ−と、第４積層部位において端部４０１ａｅ同士，端部４０２ａｅ同士をそれぞれ接続（短絡）する外部電極１０１Ａ＋，１０１Ａ−が設けられている。外部電極１０１Ａ＋はＡ＋相の外部電極を成し、外部電極１０１Ａ−はＡ−相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｂ＋はＢ＋相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｂ−はＢ−相の外部電極を成している。
【００４０】
また、図８Ｃに示すように、積層圧電素子４０の他方側面には、第２積層部位において端部４０１ｃｅ同士，端部４０２ｃｅ同士をそれぞれ接続（短絡）する外部電極１０１Ｄ＋，１０１Ｄ−と、第４積層部位において端部４０１ｃｅ同士，端部４０２ｃｅ同士をそれぞれ接続（短絡）する外部電極１０１Ｃ＋，１０１Ｃ−が設けられている。外部電極１０１Ｃ＋はＣ＋相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｃ−はＣ−相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｄ＋はＤ＋相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｄ−はＤ−相の外部電極を成している。
【００４１】
なお、図示はしていないが、これらの各外部電極には例えばＦＰＣが固着されており、該ＦＰＣを介して所定の電源から駆動電圧が印加される。
ここで、積層圧電素子４０のうち、少なくとも、＋相の第１内部電極４０１ａと−相の第１内部電極４０２ａとが互いに対向する部分、及び、＋相の第２内部電極４０１ｃと−相の第２内部電極４０２ｃとが互いに対向する部分は、圧電的に活性化された圧電活性化領域である。
【００４２】
詳細には、＋相の第１内部電極４０１ａと−相の第１内部電極４０２ａとの間、及び、＋相の第２内部電極４０１ｃと−相の第２内部電極４０２ｃとの間には高電圧が印加されて圧電的に活性化されている。
ところで、積層圧電素子４０のＣ相とＤ相とについては、それぞれＡ相とＢ相と同様に駆動電圧を印加する。これにより、当該超音波モータの駆動力をより大きくすることができる。
【００４３】
なお、積層圧電素子４０のＣ相とＤ相とについては、各積層圧電素子の振動を検出する為の振動検出相として利用しても勿論よいし、何ら使用しなくても勿論よい。
以下、積層圧電素子４０の振動モードについて詳細に説明する。
図９Ａは、縦1次振動モードにおける積層圧電素子４０の振動状態を破線で示す斜視図である。図９Ｂは、捻れ２次振動モードにおける積層圧電素子４０の振動状態を破線で示す斜視図である。図９Ａ及び図９Ｂにおいては、振動前の積層圧電素子４０の状態（形状）を実線で示し、各振動モードにおける振動時の積層圧電素子４０の状態（形状）を破線で示している。
【００４４】
図９Ａ及び図９Ｂに示すように、略直方体形状の積層圧電素子４０の中心軸１００ｃに直交する断面を構成する短辺の長さをａとし、長辺の長さをｂとし、中心軸１００ｃに沿った高さをｃとする。但し、短辺ａ、長辺ｂ、高さｃの大小関係は、
ａ＜ｂ＜ｃ
であるとする。以降の説明においては、高さｃ方向を、縦1次振動モードの振動の方向とし、且つ、捻れ振動の捻れの軸方向とする。
【００４５】
本第１実施形態に係る超音波モータにおいては、積層圧電素子４０のうち短辺ａ、長辺ｂ、高さｃの各寸法の値を適宜設定することで、縦１次振動モードの共振周波数と、捻れ２次振動モードまたは捻れ３次振動モードの共振周波数と、を略一致させる。
図９Ａ及び図９Ｂにおいてｐ１，ｐ２で示すのは捻れ振動の方向であり、ｑで示すのは縦振動の方向であり、Ｎで示すのは振動の節である。
【００４６】
前記節Ｎは、図９Ａに示す縦１次振動においては、積層圧電素子４０の高さｃ方向の中心位置に１つ存在する。また、図９Ｂに示す捻れ２次振動においては、前記節Ｎは、高さｃ方向の２つの位置と中心軸（１００ｃ）の３ヶ所に存在する。
上述の構成を採る積層圧電素子４０の寸法は、積層圧電素子が有する下記の特性を利用して決定している。すなわち、積層圧電素子の高さｃを一定として、（短辺の長さａ／長辺の長さｂ）の値を横軸にとり、各振動モードにおける共振周波数の値を縦軸にとると、図１０に示す特性を得ることができる。すなわち、
・縦１次振動モードにおける共振周波数の値は、（ａ／ｂ）の値に依存せず、略一定の値をとる。
・捻れ１次振動モード、捻れ２次振動モード、及び捻れ３次振動モードにおける共振周波数の値は、（ａ／ｂ）の値の増加に従って、増加していく。
・捻れ１次振動モードにおける共振周波数は、（ａ／ｂ）の値がどのような値であっても、縦１次振動モードにおける共振周波数と一致することは無い。
・捻れ２次振動モードにおける共振周波数は、（ａ／ｂ）の値が０．６となる近傍で、縦１次振動モードにおける共振周波数と一致する。
・捻れ３次振動モードにおける共振周波数は、（ａ／ｂ）の値が０．３となる近傍で、縦１次振動モードにおける共振周波数と一致する。
【００４７】
上述したような特性の為、本第１実施形態においては下記のように（ａ／ｂ）の値を設定する。すなわち、
・縦１次振動モードと捻れ２次振動モードとを利用する場合、（ａ／ｂ）の値が０．６〜０．７となるように、積層圧電素子４０の短辺の長さａ及び長辺の長さｂを設定する。
【００４８】
つまり本第１実施形態に係る超音波モータにおいては、積層圧電素子４０の中心軸１００ｃ方向に伸縮する縦１次共振振動と、中心軸１００ｃを捻れ軸とする捻れ２次共振振動と、の共振周波数が略一致するように、積層圧電素子４０における短辺の長さａと長辺の長さｂとの比(比率)を設定する。
【００４９】
なお、縦１次振動モードと捻れ２次振動子モードとを利用して駆動する場合には、第１ロータ機構部１０−１の回転方向と第２ロータ機構部１０−２の回転方向とは同方向となる。他方、縦１次振動モードと捻れ３次振動子モードとを利用して駆動する場合には、第１ロータ機構部１０−１の回転方向と第２ロータ機構部１０−２の回転方向とは互いに逆方向となる。
【００５０】
図１１は、液体の吸入動作及び吐出動作を行うポンプ部５の模式図である。以下、本第１実施形態に係るポンプ装置の動作について、図１１を参照して説明する。
上述した駆動方法の実施によって積層圧電素子４０の下面に楕円振動が励起され、摩擦接触子４１−１，４１−２によって摺動板１４が摩擦駆動されると、摺動板１４に固定された第１の歯車７１−１が回転すると共に、第２の歯車７１−２も従動回転する。
このとき、ポンプケース６０の歯車収容空間６０Ｓ内に負圧が生じ、液体が管状部材接続部６１−２に形成された貫通孔を通じて歯車収容空間６０Ｓ内に吸入される。このようにして歯車収容空間６０Ｓ内に吸入された液体は、第１の歯車７１−１及び第２の歯車７１−２によって搬送されて加圧され、管状部材接続部６１−１に形成された貫通孔を通じて吐出される。
【００５１】
以上説明したように、本第１実施形態によれば、小型化と高吐出圧（低流量）化とを両立させたポンプ装置を提供することができる。すなわち、低速で高トルクのモータである動力部３を用いて、第１の歯車７１−１に接着固定した摺動板１４を直接的に駆動する構成（モータの被駆動体（ロータ）と歯車（ギア）とを一体化する構成）を採ることで、部品点数の削減、コスト低減、及び当該ポンプ装置全体の小型化が実現する。動力部３は、低速且つ高トルクを実現すると共に、高吐出圧化の為に減速ギア等を使用する必要も無い超音波モータであり、モータ自体の体積の小型化も実現している。
【００５２】
なお、一般的なモータ（例えば電磁モータ）では出力軸に歯車を固定して駆動する必要があり、それら出力軸と歯車との連結構成が必要となる。一方、本第１実施形態に係るポンプ装置では、出力軸自体を不要とする構成を採っているので、この点においても小型化に有利である。
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態に係るポンプ装置について説明する。説明の重複を避ける為、前記第１実施形態に係るポンプ装置との相違点を説明する。
【００５３】
図１２は、本発明の第２実施形態に係るポンプ装置の一構成例を示す斜視図である。図１３は、本発明の第２実施形態に係るポンプ装置の分解斜視図である。図１４は、本発明の第２実施形態に係るポンプ装置のロータ機構部近傍についての分解斜視図である。図１５は、動力部とポンプ部との結合に係る部位を示す斜視図である。図１６は、動力部に対してポンプ部を組み付ける例を示す斜視図である。図１７は、歯車収容空間が封止される前のポンプ部を示す斜視図である。図１８は、ポンプ部の一構成例を示す分解斜視図である。
【００５４】
本第２実施形態に係るポンプ装置は、図１２に示すように、動力部３´と、ポンプ部５´と、を具備する。
前記動力部３´は、図１２に示すように、ロータ機構部１０と、摺動板１４と、押圧機構部２０と、フレーム３１と、積層圧電素子４０と、固定板８０と、を有する。
前記ポンプ部５´は、図１７及び図１８に示すようにポンプケース６０と、第１の歯車７１−１と、第２の歯車７１−２と、ポストプレート５０と、を有する。
【００５５】
前記フレーム３１は、図１２に示すように、振動体収容フレーム３１Ｐと、ロータ機構収容フレーム３１Ｒと、を備える。
前記振動体収容フレーム３１Ｐは、互いに対向する一対の板状部材である第１板状部材３１Ｐ１及び第２板状部材３１Ｐ２と、当該振動体収容フレームの底面を成す第３板状部材３１Ｐ３と、から成る。
【００５６】
前記第１板状部材３１Ｐ１には、積層圧電素子４０のうち対向する主平面に設けられた保持ピン２２ｔ１が挿通されるスリット３１Ｐ１ｓｌが、当該第１板状部材３１Ｐ１の長手方向に沿って形成されている。同様に、前記第２板状部材３１Ｐ２には、積層圧電素子４０のうち対向する主平面に設けられた保持ピン２２ｔ２が挿通されるスリット３１Ｐ１ｓｌが、当該第２板状部材３１Ｐ２の長手方向に沿って形成されている。
【００５７】
前記ロータ機構収容フレーム３１Ｒは、互いに対向する一対の略コ字状部材である第１コ字状部材３１Ｒ１と、第２コ字状部材３１Ｒ２と、から成る。これら第１コ字状部材３１Ｒ１、第２コ字状部材３１Ｒ２には、図１３及び図１４に示すように、固定板８０が載置される面に、固定板８０を螺子止めする為の螺子孔３１Ｒ１ｈ，３１Ｒ２ｈと、固定板８０に形成された貫通孔８０ｐｈ１，８０ｐｈ２に挿入するピン３１ｔ１，３１ｔ２と、が設けられている。
【００５８】
前記軸受け１２は、後述する固定板８０の貫通孔８０Ｈの径と略同径の外径の第１円筒部１２ｃ１と、後述する固定板の円筒部８０ｃの外径と略同径の外径の第２円筒部１２ｃ２と、を備えるベアリング部材である。この軸受け１２の内径は、後述する出力部材１５の出力軸１５ａと略同径であり、出力軸１５ａが挿入されて固定されている。
【００５９】
この軸受け１２は、内周面が回転可能に構成されたベアリング部材であり、前記第１円筒部１２ｃ１の外周面は固定板８０の円筒部８０ｃの内周面に対して固定され、第２円筒部１２ｃ２の下端面は出力部材１５の出力基部１５ｂ（詳細は後述）の上端面に接触している。
【００６０】
前記摺動板１４は、図１３及び図１４に示すように一方面（下面）は積層圧電素子４０の上面に設けられた摩擦接触子４１に接触するよう配置され、他方面（上面）は出力部材１５を構成する出力基部１５ｂの下面に対して、例えば接着等により固定されている略円環形状の部材である。この摺動板１４によって、積層圧電素子４０の振動が摩擦接触子４１を介して駆動力として出力部材１５に伝達される。換言すれば、摺動板１４と出力部材１５とが一つのロータを構成している。
【００６１】
前記出力部材１５は、図１４に示すように、出力軸１５ａと、該出力軸１５ａの一方面（下面）に接続されている略円盤形状の出力基部１５ｂと、を備える。
前記出力軸１５ａは、図１７及び図１８に示すように、ポンプ部５´内に挿入されて第１の歯車７１−１の貫通孔７１−１ｈに挿入され、この貫通孔７１−１ｈに対して例えば接着等により固定されている。つまり、動力部３´の出力は、出力軸１５ａに固定（結合）された第１の歯車７１−１に伝達される。
【００６２】
前記出力基部１５ｂは、図１４に示すように、出力軸１５ａが設けられている面とは逆側の面（下面）が摺動板１４に対して例えば接着等により固定されている。詳細には、この出力基部１５ｂは、摺動板１４との対向面には摺動板１４の外径と略同径の凹み部（不図示）が形成されており、この凹み部に摺動板１４が嵌め込まれて例えば接着等により固定されている。
【００６３】
前記パッキン１９は、図１６に示すように、ポンプケース６０下面に形成された出力軸１５ａを挿入する為の貫通孔６０Ｈに嵌め込まれ、歯車収容空間６０Ｓからの液体漏れを防ぐ。パッキン１９には出力軸１５ａが挿通される。
なお、パッキン１９のうち出力軸１５ａとの接触部位には、摺動性とシール性とを確保する為に例えばＤＬＣコート等の表面処理を施してもよい。
【００６４】
前記固定板８０は、図１４に示すように、板部８０ｂと、該板部８０ｂの一方面に設けられた円筒部８０ｃと、を備える。この固定板８０は、その厚み方向に、軸受け１２の第１円筒部１２ｃ１の外径と略同径の貫通孔８０Ｈが形成されており、この貫通孔８０Ｈの内周面と、軸受け１２の第１円筒部１２ｃ１の外周面とが例えば接着等により固定されている。
【００６５】
前記板部８０ｂには、上述したようにロータ機構収容フレーム３１Ｒに設けられたピン３１ｔ１，３１ｔ２が挿入される貫通孔８０ｔｈ１，８０ｔｈ２と、ロータ機構収容フレーム３１Ｒ上に載置された当該板部１６ｂをロータ機構収容フレーム３１Ｒに対して螺子止めする為の貫通孔８０ｐｈ１，８０ｐｈ２と、が形成されている。
【００６６】
このように固定板８０は、上述のロータ機構収容フレーム３１Ｒに設けられたピン３１ｔ１，３１ｔ２を基準として位置合わせされ（ピン３１ｔ１，３１ｔ２により位置決めされ）、且つ、固定ビスＳｒによりロータ機構収容フレーム３１Ｒに対して固定される。
これにより、積層圧電素子４０をポンプ部５´に向かって押圧するバネ２１の押圧力により、積層圧電素子４０に接着固定された摩擦接触子４１が、摺動板１４に対して適正な圧力で圧接し、積層圧電素子４０の楕円振動が、駆動力として第１の歯車７１−１に伝達される。
【００６７】
前記押圧機構部２０は、図１２及び図１３に示すように、バネ２１と押圧軸２２ａと固定部２２ｆとを備える。
前記バネ２１は、積層圧電素子４０を摺動板１４に向かって押圧する押圧部材であり、押圧軸２２ａと固定部２２ｆとによって位置決めされている。このバネ２１は、振動体収容フレーム３１Ｐの第３板状部材３１Ｐ３と、積層圧電素子４０とによって、撓んだ状態で挟持される。具体的には、このバネ２１は、例えば板バネやコイルバネ等である。
【００６８】
前記押圧軸２２ａは、積層圧電素子４０の長手方向の中心軸（捻れ振動の中心軸）と一致するように設けられており、バネ２１が挿通される軸部材である。押圧軸２２ａの一方端面２２ａｐは、後述する固定部２２ｆによって、図１３に示すように積層圧電素子４０の下端面に対して固定されている。また、押圧軸２２ａの他方端面は、図１２に示すように振動体収容フレーム３１Ｐの第３板状部材３１Ｐ３に固定されている。
【００６９】
詳細には、押圧軸２２ａの一方端面２２ａｐは、積層圧電素子４０の下面のうち、駆動に寄与する方向についての振動である捻り振動の節位置に対応する位置（幅方向及び厚み方向の中心位置近傍）に、接着等により固定されている。
このように、押圧軸２２ａの一方端面２２ａｐが積層圧電素子４０の下面に固定され、他方端面が振動体収容フレーム３１Ｐの第３板状部材３１Ｐ３の所定位置（例えば、積層圧電素子４０の捻れ軸（捻れ振動の中心軸）の延長上の位置）に固定されることで、積層圧電素子４０の位置が規制され且つ位置決めが為される（積層圧電素子４０がバネ２１による押圧の方向と垂直な方向に移動することが規制される）。
そして、積層圧電素子４０は、当該積層圧電素子４０と当該第３板状部材３１Ｐ３とによって挟持され、撓んだ状態のバネ２１によって、ロータ機構部１０に向かって押圧される。
【００７０】
前記積層圧電素子４０には、その主平面（第１板状部材３１Ｐ１，第２板状部材３１Ｐ２に対向する面）のうち捻り振動の節位置近傍に、且つ、当該主平面に垂直に、保持ピン２２ｔ１，２２ｔ２が設けられている。
これら保持ピン２２ｔ１，２２ｔ２は、振動体収容フレーム３１Ｐに形成されたスリット３１Ｐ１ｓｌ，３１Ｐ２ｓｌに挿通され、積層圧電素子４０の移動を、その長手方向に沿った移動に規制する（位置規制する）。
【００７１】
前記ポンプケース６０は、図１６に示すように固定板８０が載置される面に螺子孔ｈが形成されており、該螺子孔ｈを利用して固定板８０に対して固定ビスＳｒによって螺子止めされる。
ポンプケース６０には、図１６及び図１８に示すように固定板８０に組み付けられた際に、動力部３´の出力軸１５ａが挿通されたパッキン１９が嵌め込まれる貫通孔６０Ｈが形成されている。
【００７２】
前記ポンプケース６０は、固定板８０が組み付けられる側とは逆側に、歯車収容空間６０Ｓが形成されており、所謂ギアポンプを構成する歯車である第１の歯車７１−１と第２の歯車７１−２とが設けられている。
前記第１の歯車７１−１の中心軸上に形成された貫通孔７１−１ｈには、出力軸１５ａが挿入されて結合（例えば接着剤等で固定）されている。前記第２の歯車７１−２の中心軸上に形成された貫通孔７１−２ｈには、当該歯車収容空間６０Ｓ内に設けられた軸部６５が挿入されて結合（例えば接着剤等で固定）されている。
この軸部６５は、第１の歯車７１−１と第２の歯車７１−２とが所謂ギアポンプを構成するように所定の位置に設けられている。前記第１の歯車７１−１は、動力部３´の出力軸１５ａの回転が伝達されて回転駆動され、前記第２の歯車７１−２は、第１の歯車７１−１の回転によって従動回転する（連れ回る）。
【００７３】
当該ポンプ装置の組み立てにおいては、上述したように第１の歯車７１−１と第２の歯車７１−２とを歯車収容空間６０Ｓ内に配設した状態（図１７参照）で、図１８に示すようにポストプレート５０を歯車収容空間６０Ｓの上面に載置し、固定ビスＳｒで両者を締結する。当該歯車収容空間６０Ｓは、ポストプレート５０によって封止（密閉）される。
【００７４】
以上説明したように、本第２実施形態によれば、上述の第１実施形態に係るポンプ装置と同様の効果を奏するポンプ装置を提供することができる。
以上、第１実施形態乃至第２実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。
【００７５】
さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示した複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示す全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００７６】
３…動力部、  ５…ポンプ部、  １０…ロータ機構部、  １２ｃ１…第１円筒部、  １２ｃ２…第２円筒部、  １４…摺動板、  １５…出力部材、  １５ａ…出力軸、  １５ｂ…出力基部、  １６ｂ…板部、  １９…パッキン、  ２０…押圧機構部、  ２１…バネ、  ２２ａ…押圧軸、  ２２ｔ１，２２ｔ２…保持ピン、  ２２ｆ…固定部、  ３１…フレーム、  ３１Ｐ…振動体収容フレーム、  ３１Ｑ…ポンプ部結合フレーム、  ３１Ｐ１…第１板状部材、  ３１Ｐ２…第２板状部材、  ３１Ｐ３…第３板状部材、  ３１Ｐ３ｈ…押圧軸挿入孔、  ３１Ｑ１，３１Ｑ２…結合部材、  ３１Ｑ１ｈ，３１Ｑ２ｈ…貫通孔、  ３１Ｒ…ロータ機構収容フレーム、  ３１Ｒ１，３１Ｒ２…コ字状部材、  ３１Ｒ１ｈ，３１Ｒ２ｈ…螺子孔、  ３１ｔ１，３１ｔ２…ピン、  ３１Ｐ１ｓｌ，３１Ｐ２ｓｌ…スリット、  ４０…積層圧電素子、  ４１−１，４１−２…摩擦接触子、  ５０…ポストプレート、  ５０Ｈ…貫通孔、  ５１−１，５１−２…突起部、  ６０…ポンプケース、  ６０Ｓ…歯車収容空間、  ６０Ｈ…貫通孔、  ６１−１，６１−２…管状部材接続部、  ６５−１…第１の回転軸部材、  ６５−２…第２の回転軸部材、  ６５…軸部、  ７１−１…第１の歯車、  ７１−２…第２の歯車、  ７１−１ｈ，７１−２ｈ…貫通孔、  ８０…固定板、  ８０ｐｈ１，８０ｐｈ２…貫通孔、  ８０Ｈ…貫通孔、  ８０ｃ…円筒部、  ８０ｂ…板部、  ８０ｔｈ１，８０ｔｈ２…貫通孔。
【図１】
2014005758.tif 000003
【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７Ａ】
2014005758.tif 000009
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
2014005758.tif 000011
【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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