(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部と、前記中央部の周囲を囲む枠部と、前記中央部と前記枠部との間を連結する連結部と、を有する振動板と、
前記中央部に積層しており、前記振動板を前記中央部から前記連結部にかけて屈曲振動させる駆動体と、
前記枠部に積層しており少なくとも前記連結部に間隔を空けて対向する対向板と、
を備え、
前記振動板は、前記中央部と前記連結部とのそれぞれに振動の腹が生じる共振モードを有し、
前記対向板は、前記連結部に対向する位置に、流体が流れる複数の流路孔を有する、
流体制御装置。
【請求項２】
前記連結部は、前記流路孔に対向する位置に前記流路孔側から視た幅が局所的に拡がる打撃部を備える、
請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項３】
前記連結部は、前記流路孔に対向する位置に前記流路孔側に突出する凸部を備える、
請求項１または請求項２に記載の流体制御装置。
【請求項４】
前記対向板は、前記流路孔の周囲に前記振動板側に突出する凸部を備える、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項５】
前記対向板は、
前記流路孔の周囲に設けられた屈曲可能な可動部と、
前記可動部の周囲を拘束する拘束部と、
を備える、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項６】
前記可動部の平面視した形状は、前記連結部に振動の腹が一様に生じる方向に沿う長軸、および、前記長軸に直交する方向に沿う短軸、を有する形状である、
請求項５に記載の流体制御装置。
【請求項７】
前記対向板の前記振動板側とは反対側に積層しており、前記対向板の流路孔に通じる流路を有する流路部を更に備え、
前記流路部の流路は、前記対向板の流路孔およびその周囲に対向する開口部と、前記開口部から側方に延び出た延出部と、外部空間に開口し前記延出部を介して前記開口部に通じる流路孔と、を含む、
請求項５または請求項６に記載の流体制御装置。
【請求項８】
前記流路部と前記対向板とのうちの少なくとも一方は、前記振動板と実質的に等しい線膨張係数を有する、
請求項７に記載の流体制御装置。
【請求項９】
前記対向板は、接着剤を介して前記振動板に積層され、
前記対向板は、前記振動板における前記枠部と前記連結部との境界に沿って延びる開口を有する、
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項１０】
前記振動板および前記対向板は導電性材料からなり、
前記対向板と前記振動板とは、導電性粒子を含む接着剤を介して積層され、
前記導電性粒子は、前記対向板と前記振動板との間隔と同等の粒径を有する、
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項１１】
前記振動板の前記駆動体を積層している側で前記枠部に積層した絶縁層と、
前記絶縁層を介して前記振動板に積層した、前記駆動体に接続される内部給電端子が一部に形成された給電板と、を更に備える、
請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項１２】
前記絶縁層は、前記振動板と前記給電板との間に設けられた絶縁被覆を含む、
請求項１１に記載の流体制御装置。
【請求項１３】
前記絶縁層は、非導電性粒子を混合した接着剤を含む、
請求項１１または請求項１２に記載の流体制御装置。
【請求項１４】
前記振動板の前記枠部に積層した金属板を更に備える、
請求項１１乃至請求項１３のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項１５】
前記振動板は、前記枠部の前記駆動体を積層する側に溝を有し、
前記絶縁層および前記給電板は、前記溝に配されている、
請求項１１乃至請求項１４のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項１６】
前記対向板は、前記中央部に対向する位置にも流路孔を有する、
請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項１７】
前記振動板と前記駆動体とに対して更に積層した積層板を更に備え、
前記振動板と前記駆動体と前記積層板からなる３層のうち、上層の線膨張係数に対する中間層の線膨張係数の大小関係と、下層の線膨脹係数に対する中間層の線膨張係数の大小関係とが等しい、
請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項１８】
前記振動板と前記駆動体と前記積層板からなる３層のうち、前記駆動体に接する層の部材の線膨脹係数が前記駆動体の線膨脹係数よりも大きい、請求項１７に記載の流体制御装置。
【請求項１９】
前記対向板として、前記振動板の一方主面側に対向する第１の対向板と、前記振動板の他方主面側に対向する第２の対向板と、を備える、
請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項２０】
前記駆動体として、前記振動板の一方主面側に設けられる第１の駆動体と、前記振動板の他方主面側に設けられる第２の駆動体と、を備える、
請求項１乃至請求項１９のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項２１】
請求項１乃至請求項２０のいずれかに記載の流体制御装置を備えるポンプであって、
前記振動板および前記駆動体を収納するポンプ室を有し、
前記ポンプ室の内壁の一部を前記対向板で構成した、
ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動が生じる駆動体を用いて流体の流れを制御する流体制御装置と、該流体制御装置を備えて流体を吸引および吐出するポンプと、に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポンプとして圧電素子の振動を利用するものが利用されている（例えば特許文献１および２参照。）。該ポンプは、温度上昇が生じた部品に外気を当てて冷却する用途や、燃料電池で酸素等の流体を搬送する用途などで利用されている。【０００３】
図１６は、従来のポンプの要部を模式的に示す断面図である。図１６に示す従来のポンプ１０１は、筐体１０２、振動板１０３、対向板１０４、および、圧電素子１０５を備えている。筐体１０２は、内部に振動板１０３、対向板１０４、および、圧電素子１０５を収容している。対向板１０４は、筐体１０２の内部にポンプ室１１０を区画している。振動板１０３は、ポンプ室１１０の内部に設けられて、対向板１０４と間隔を空けて対向し、外周部が筐体１０２に弾性支持されている。圧電素子１０５は、振動板１０３に貼り合わされ、振動板１０３とともにアクチュエータ１１１を構成している。筐体１０２は、ポンプ室１１０の内部と外部とを連通する流路孔１１２が上面に形成されている。また、対向板１０４は、ポンプ室１１０の内部と連通する流路孔１１３が形成されている。また、筐体１０２は、流路孔１１３を介してポンプ室１１０に連通するとともに外部にも連通する流路孔１１４が下面に形成されている。【０００４】
このポンプ１０１では、圧電素子１０５に電圧が印加されると、圧電素子１０５に面内方向の伸びまたは縮みが生じようとして、振動板１０３に厚み方向の屈曲振動が生じる。これにより、ポンプ室１１０において振動板１０３と対向板１０４とに挟まれる流体層に圧力変動が生じ、流路孔１１４，１１３からポンプ室１１０に流体を吸引し、ポンプ室１１０から流路孔１１２に流体を吐出する流体の流れが生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−０６８２１５号公報
【特許文献２】特開２０１３−０５３６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
該ポンプでは、装置サイズの小型化やポンプ効率の改善が求められている。しかしながら、装置サイズを小型化するとポンプ効率が低下する傾向があり、従来構造のままでは、装置サイズの小型化とポンプ効率の改善とを同時に満足することが難しかった。【０００７】
そこで本発明は、装置サイズを大型化することなく従来よりも駆動効率を改善させることができる、あるいは、駆動効率を低下させることなく従来よりも装置サイズを小型化できる流体制御装置およびポンプ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】
【０００８】
本発明に係る流体制御装置は、中央部と、前記中央部の周囲を囲む枠部と、前記中央部と前記枠部との間を連結する連結部と、を有する振動板と、前記中央部に積層しており前記振動板を前記中央部から前記連結部にかけて屈曲振動させる駆動体と、前記枠部に積層しており少なくとも前記連結部に間隔を空けて対向する対向板と、を備え、前記振動板は、前記中央部と前記連結部とのそれぞれに振動の腹が生じる共振モードを有しており、前記対向板は、前記連結部に対向する位置に、流体が流れる複数の流路孔を有している。【０００９】
この構成では、振動の腹が生じる連結部に複数の流路孔を対向させて設けることで、複数の流路孔を介して並行して流れる流体の総量を多くできる。このことから、駆動効率を向上でき、所望の流量や圧力を実現しながら装置サイズの小型化を図ることが可能になる。【００１０】
前記連結部は、前記流路孔に対向する位置に前記流路孔側から視た幅が局所的に拡がる打撃部を備えていてもよい。この構成では、流体制御に直接寄与する流路孔の周辺で振動板（打撃部）と流体とが対向する面積を減らすことなく、打撃部の振動振幅を大きくできる。このことにより、振動板および駆動体にかかる不要な負荷を減らして駆動効率を向上させることができる。【００１１】
前記連結部は、前記流路孔に対向する位置に前記流路孔側に突出する凸部を備えてもよい。また、前記対向板は、前記流路孔の周囲に前記振動板側に突出する凸部を備えてもよい。これらの構成では、流体制御に直接寄与する流路孔の周辺での振動板と対向板との間隔に比べて、それ以外の部分での振動板と対向板との間隔を拡げることができる。このことにより、振動板および駆動体にかかる不要な負荷を減らして駆動効率をより向上させることができる。【００１２】
前記対向板は、前記流路孔の周囲に設けられた屈曲可能な可動部と、前記可動部の周囲を拘束する拘束部と、を備えていてもよい。例えば、可動部は厚みを薄く、拘束部は厚みを厚くすることで、可動部と拘束部とを形成することができる。また、例えば、対向板の振動板側とは反対側に積層する流路板に、対向板の流路孔およびその周囲に対向する開口部を設けることで、可動部と拘束部とを形成することもできる。この構成では、連結部の振動に伴って、対向板の可動部も呼応して振動することになる。すると、可動部と連結部との振動が連成されて、逆止弁のような流体の流れる方向を規制する構造を設けなくても、流路孔で一定の方向に流体を流すことが可能になる。このため、逆止弁のような構成を省いて流体を流れやすくすることができ、駆動効率を向上させられる。【００１３】
前記可動部の平面視した形状は、前記連結部に振動の腹が一様に生じる方向に沿う長軸、および、前記長軸に直交する方向に沿う短軸、を有する形状、例えば、楕円形状や、長円形状であることが好ましい。この構成では、可動部の固有振動数が低下することを防ぎながら、長軸方向での可動部の寸法を大きくすることができる。このことにより、可動部において長軸方向の両端部近傍に生じる振動振幅を可動部が真円形状の場合と比較して大きくすることができる。通常、この可動部に対向する連結部においては、振動に伴って両主面に前記短軸方向の伸びや縮みが生じると、前記長軸方向には逆に縮みや伸びが生じる。このことにより、連結部には前記短軸方向から視て屈曲するような振動が生じる。この振動は、連結部における前記長軸方向の両端で振動振幅が最も大きくなる。このため、連結部に対向する可動部において、長軸方向の両端部に生じる振動振幅が小さければ、連結部との衝突が生じる恐れがある。そこで、上記のように可動部において長軸方向の両端部に生じる振動振幅を大きくすることで、対向する連結部との衝突を生じにくくすることができる。このことにより、異常振動や異音の発生を防いだり、衝突により発生する圧力の低減を防いだりすることができる。【００１４】
前記対向板の前記振動板側とは反対側に積層しており、前記対向板の流路孔に通じる流路を有する流路部を更に備え、前記流路部の流路は、前記対向板の流路孔およびその周囲に対向する開口部と、前記開口部から側方に延び出た延出部と、外部空間に開口し前記延出部を介して前記開口部に通じる流路孔と、を含むことが好ましい。この構成では、対向板の流路孔とカバー板の流路孔とが、平面視して離れた位置に設けられることになるので、振動板の振動に伴って生じる振動音が漏洩することを抑制できる。【００１５】
前記振動板の前記枠部に積層される各部材は、前記振動板と実質的に等しい線膨張係数を有することが好ましい。これにより、線膨脹係数差による変形が発生することをさらに抑制することができる。【００１６】
前記対向板は、接着剤を介して前記振動板に積層され、前記対向板は、前記可動部に沿って延びる開口を有することが好ましい。この構成では、対向板と振動板とを接着する接着剤が、振動板の枠部から連結部側に濡れ拡がることを防ぐことができる。このことによっても、流体制御装置の性能ばらつきを抑制することができる。【００１７】
前記振動板および前記対向板は導電性材料からなり、前記対向板は、導電性粒子を含む接着剤を介して前記振動板に積層され、前記導電性粒子は、前記対向板と前記振動板との間隔と同等の粒径を有することが好ましい。この構成では、対向板と振動板との間を接着剤で接着しても、対向板と振動板との間隔を一様で所望のものにすることができる。したがって、流体制御装置の性能ばらつきを抑制することができる。また、対向板を介して駆動体への給電を行うことが可能になる。【００１８】
上記流体制御装置は、前記振動板の前記駆動体を積層している側で前記枠部に積層した絶縁層と、前記絶縁層を介して前記振動板に積層した、前記駆動体に接続される内部給電端子が一部に形成された給電板と、を備えてもよい。この構成では、絶縁層により給電板と振動板とが導通することを防ぐことができ、給電板を介して駆動体への給電を行うことが可能になる。【００１９】
この場合、前記絶縁層は、非導電性粒子を混合した接着剤を含んでもよい。この構成では、非導電性粒子によって給電板と振動板とが導通することを確実に防ぐことができる。【００２０】
また、前記絶縁層は、前記振動板と前記給電板との間に設けられた絶縁被覆を含んでもよい。この構成では、絶縁被覆によって給電板と振動板とが導通することを確実に防ぐことができる。絶縁被覆を設けることで、接着剤が非導電性粒子を含んでも含まなくてもよくなり、絶縁層を容易に構成することができる。【００２１】
また、前記振動板の前記枠部に積層した金属板を更に備えてもよい。この構成では、振動板と給電板との間に積層される絶縁層が樹脂のような密度が小さくヤング率も低い柔らかい材料からなる場合でも、振動板と絶縁層との間に金属板を設けることにより、振動板の連結部の固定を確実に行うことができ、振動が枠部を介して他の部材に漏れることを防ぐことができる。このことにより、駆動効率等の流体制御装置の性能が低下することを防ぐことができる。なお、絶縁層は、金属板の表面にコーティングされた絶縁膜で構成してもよい。この場合にも、金属板を間に介して振動板と絶縁層とが積層されることにより、振動板の連結部の固定を確実に行うことができる。【００２２】
前記振動板は、前記枠部の前記駆動体を積層する側に溝を有し、前記絶縁層および前記給電板は、前記溝に配されていてもよい。この構成では、装置の厚みを薄くすることができる。【００２３】
前記対向板は、前記中央部に対向する位置にも流路孔を有していてもよい。この構成では、流路孔の数を更に増すことができ、流量や駆動効率の更なる向上を図ることができる。【００２４】
上記流体制御装置は、前記振動板と前記駆動体とに対して更に積層した積層板を更に備え、前記振動板と前記駆動体と前記積層板からなる３層のうち、上層の線膨張係数に対する中間層の線膨張係数の大小関係と、下層の線膨脹係数に対する中間層の線膨張係数の大小関係とが等しいことが好ましい。この構成では、振動板と駆動体との線膨脹係数差によって振動板や駆動体に変形が発生することを抑制することができる。【００２５】
前記振動板と前記駆動体と前記積層板とからなる３層のうち、前記駆動体に接する層の部材の線膨脹係数が前記駆動体の線膨脹係数よりも大きいことが好ましい。この構成では、駆動体に圧縮応力が作用することになり、駆動体の破壊を抑制することができる。なお、駆動体が中間層にある場合には、駆動体に均一に圧縮応力を作用させることができ、２層で構成する場合や駆動体を上層や下層に配置する場合よりも、駆動体の破壊を抑制することができる。【００２６】
前記対向板として、前記振動板の一方主面側に対向する第１の対向板と、前記振動板の他方主面側に対向する第２の対向板と、を備えることが好ましい。この構成では、対向板に設けられる流路孔の数を更に増すことができ、流量や駆動効率の更なる向上を図ることができる。【００２７】
前記駆動体として、前記振動板の一方主面側に設けられる第１の駆動体と、前記振動板の他方主面側に設けられる第２の駆動体と、を備えることが望ましい。この構成では、振動板と駆動体との線膨脹係数差によって振動板と駆動体との積層体に変形が発生することを抑制しながら、振動板の振動振幅をより大きくすることができる。このため、流量や駆動効率の更なる向上を図ることができる。【００２８】
また、本発明に係るポンプは、前記流体制御装置を備え、前記振動板および前記駆動体を収納するポンプ室を構成し、前記対向板を前記ポンプ室の内壁の一部に含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、振動板の連結部に対向して複数の流路孔を設けることで、複数の流路孔を介して流入または流出する流体の総量を多くでき、装置サイズを大型化することなく駆動効率を向上させられる、あるいは、駆動効率を低下させることなく装置サイズを小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るポンプの外観斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るポンプの分解斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る振動板および圧電素子を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るポンプの断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る流体制御部の動作を示す模式図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るポンプの分解斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る振動板、対向板、流路板、および、カバー板の平面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る振動板および対向板の振動態様を示す模式図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るポンプの分解斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係るポンプの分解斜視図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係るポンプの分解斜視図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係るポンプを説明する図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に係るポンプを説明する図である。
【図１４】本発明の第１２の実施形態に係るポンプの分解斜視図である。
【図１５】本発明の第１２の実施形態に係るポンプの一部を示す拡大斜視図である。
【図１６】従来のポンプの要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
≪第１の実施形態≫
以下、本発明の第１の実施形態に係るポンプ１について、気体の吸引を行うエアポンプを例に説明する。
【００３２】
図１は、ポンプ１の外観斜視図である。図１に示すようにポンプ１は、筐体２と外部接続端子３，４とを備えている。外部接続端子３，４は外部電源に接続され、交流駆動信号が印加される。筐体２は、主面（上主面）５と主面（下主面）６とを有し、主面５，６間が薄手の六面体である。また、筐体２は、上主面５に開口する流路孔５０と、下主面６に開口する流路孔３１，３２，３３，３４（図２参照）を有している。
【００３３】
図２は、ポンプ１の分解斜視図である。図２に示すようにポンプ１は、カバー板１１、流路板１２、対向板１３、接着層１４（図４参照）、振動板１５、圧電素子１６、絶縁板１７、給電板１８、スペーサ板１９、および蓋板２０を備え、それらを順に積層した構造を有している。
【００３４】
カバー板１１は、筐体２の下主面６に露出するように設けており、図示しない接着剤等を介して流路板１２の下面に貼り付けている。カバー板１１は、筐体２の下主面６に開口する流路孔３１，３２，３３，３４を有している。流路孔３１，３２，３３，３４は、円形状であり、本実施形態においては外部空間から気体を吸引する吸気口である。
【００３５】
流路板１２は、カバー板１１と対向板１３との間に積層しており、図示しない接着剤等を介してカバー板１１の上面と対向板１３の下面とに貼り付けている。流路板１２は、上面および下面に開口する開口部３５，３６，３７，３８を有している。開口部３５，３６，３７，３８は、カバー板１１の流路孔３１，３２，３３，３４よりも径が大きい円形状であり、カバー板１１の流路孔３１，３２，３３，３４にそれぞれ連通する。
【００３６】
対向板１３は、流路板１２と振動板１５との間に積層しており、図示しない接着剤等を介して流路板１２の上面に貼り付け、接着層１４（図４参照）を介して振動板１５の下面に貼り付けている。対向板１３は、金属製であり、外方へ突出するように前述の外部接続端子３を備えている。また、対向板１３は、上面および下面に開口する流路孔３９，４０，４１，４２を有している。流路孔３９，４０，４１，４２は、流路板１２の開口部３５，３６，３７，３８よりも径が小さい円形状であり、流路板１２の開口部３５，３６，３７，３８にそれぞれ連通するとともに、後述するポンプ室５１（図４参照）に連通する。
【００３７】
接着層１４（図４参照）は、対向板１３と振動板１５との間に積層しており、対向板１３の上面と振動板１５の下面とに接着している。接着層１４は、後述する振動板１５の枠部２２と重なるように枠状に設けられている。接着層１４の枠内に囲まれる空間はポンプ室５１（図４参照）の一部を構成するものである。接着層１４は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に、粒径が略均一な複数の導電性粒子を含有している。導電性粒子は、例えば導電性の金属でコーティングされたシリカ又は樹脂として構成している。このように接着層１４に複数の導電性粒子を含有するので、接着層１４の全周にわたる厚みを、導電性粒子の粒径とほぼ一致させて一定にすることができる。このため、接着層１４により対向板１３と振動板１５との間に一定の間隔を空けて対向板１３と振動板１５とを対向させることができる。また、対向板１３と振動板１５とを接着層１４の導電性粒子を介して電気的に導通させることができる。
【００３８】
振動板１５は、例えばＳＵＳ４３０のような金属製であり、対向板１３と絶縁板１７との間に積層している。振動板１５は、中央部２１と、枠部２２と、連結部２３，２４，２５，２６とを備えている。中央部２１は、平面視して円形状である。枠部２２は、平面視して矩形の開口を設けた枠状であり、振動板１５の周囲を囲む。連結部２３，２４，２５，２６は、中央部２１と枠部２２とを連結する梁状である。枠部２２は、接着層１４（図４参照）を介して対向板１３の上面に貼り付き、図示しない接着剤等を介して絶縁板１７の下面に貼り付いている。振動板１５は、中央部２１と枠部２２と連結部２３，２４，２５，２６とに囲まれる開口部４３，４４，４５，４６を有している。開口部４３，４４，４５，４６はポンプ室５１（図４参照）の一部を構成するものである。
【００３９】
なお、振動板１５は、ＳＵＳ４３０以外にも、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３１等の鉄合金、りん青銅、ベリリウム銅、チタン銅などの銅合金、アルミ合金、ニッケル合金、カーボン、アモルファス金属や樹脂などでも良い。
【００４０】
圧電素子１６は、圧電材料からなる薄板の上面および下面に電極を設けて構成しており、本発明の「駆動体」に相当している。この圧電素子１６は厚み方向に電界が印加されることにより、面内方向に面積が拡大または縮小するような圧電性を有している。駆動体として圧電素子１６を用いることにより、駆動体を薄型に構成することができ、後述する流体制御部５９およびポンプ１を小型化できる。圧電素子１６は、円板状であり、図示しない接着剤等を介して振動板１５の中央部２１の上面に貼り付けて積層している。圧電素子１６の下面の電極は、振動板１５、接着層１４、対向板１３を介して、外部接続端子３に電気的に接続している。なお、圧電素子１６の下面の電極は設けずに、金属製の振動板１５で代用するようにしてもよい。
【００４１】
また、圧電素子１６は、振動板１５よりも線膨張係数がより小さい圧電材料で構成し、熱硬化性接着剤を介して中央部２１に接着している。これにより、熱硬化性接着剤を加熱して硬化させることで、常温環境下で圧電素子１６に圧縮応力を残留させることができる。すると、圧電素子１６が割れにくいものになる。例えば、圧電素子１６の圧電材料としてはチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスが好適である。チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスは線膨張係数がほぼゼロであり、振動板１５を構成するＳＵＳ４３０（線膨張係数約１０．４×１０−６Ｋ−１）のような金属材料よりも十分に小さい線膨張係数を有している。
【００４２】
絶縁板１７は、振動板１５と給電板１８との間に積層しており、図示しない接着剤等を介して振動板１５の枠部２２の上面と給電板１８の下面とに貼り付けている。なお、絶縁板１７は、本発明における絶縁層に相当するものである。絶縁層は、絶縁板１７を設ける他、振動板１５や給電板１８の表面に絶縁材料をコーティングした絶縁被膜を設けたり、振動板１５や給電板１８の表面を酸化させて絶縁被膜を設けたり、絶縁性を有する接着剤に非導電性粒子を混合したものを塗布して形成してもよい。また、上記絶縁性を有する構成を複数組み合わせて絶縁層を構成してもよい。絶縁板１７は、平面視して矩形の開口部４７を有する枠状である。開口部４７はポンプ室５１（図４参照）の一部を構成するものである。絶縁板１７は、絶縁性樹脂からなり、給電板１８と振動板１５との間を電気的に絶縁している。絶縁板１７の厚みは圧電素子１６の厚みと同じか、少し厚くしている。
【００４３】
給電板１８は、絶縁板１７とスペーサ板１９との間に積層しており、図示しない接着剤等を介して絶縁板１７の上面とスペーサ板１９の下面とに貼り付いている。給電板１８は、平面視して矩形の開口部４８を有する略枠状である。開口部４８はポンプ室５１（図４参照）の一部を構成するものである。給電板１８は、金属製であり、開口部４８に突出するように設けた内部給電端子２７と、外方へ突出するように設けた前述の外部接続端子４と、を備えている。内部給電端子２７の先端は圧電素子１６の上面の電極にはんだ付けされる。なお、このはんだ付け位置は、圧電素子１６に生じる振動の節に相当する位置とすることが好ましく、このことにより圧電素子１６から内部給電端子２７に振動が漏れることを抑制でき、ポンプ効率の改善を図ることができる。特に、圧電素子１６の振動の節となる同心円状の領域に対して、当該同心円状の領域の接線方向に沿って内部給電端子２７が先端部まで延びていて、内部給電端子２７の先端部が、当該同心円状の領域の接点位置で圧電素子１６に接続されていることが好ましい。このことにより、内部給電端子２７に振動が漏れることを更に抑制でき、更なるポンプ効率の改善を図ることができるとともに、内部給電端子２７が振動により破断することを防止できる。
【００４４】
スペーサ板１９は、給電板１８と蓋板２０との間に積層しており、図示しない接着剤等を介して給電板１８の上面と蓋板２０の下面とに貼り付けている。スペーサ板１９は、樹脂製であり、平面視して矩形の開口部４９を有する略枠状である。開口部４９は後述するポンプ室５１（図４参照）の一部を構成するものである。スペーサ板１９は、振動時に内部給電端子２７のはんだ部分が、蓋板２０に接触しないようにするために設けている。圧電素子１６の上面が蓋板２０に過度に接近すると、空気抵抗により振動振幅が低下してしまうため、スペーサ板１９の厚みは、圧電素子１６と同程度かそれ以上の厚みとすると好ましい。
【００４５】
蓋板２０は、筐体２の上主面５に露出するようにスペーサ板１９に積層しており、図示しない接着剤等を介してスペーサ板１９の上面に貼り付けている。蓋板２０は、ポンプ室５１（図４参照）の上面を閉塞して、振動板１５と間隔を空けて対向するものである。ここでは蓋板２０は、筐体２の上主面５に開口する流路孔５０を有している。流路孔５０は、平面視して円形状であり、外部空間に連通するとともに、スペーサ板１９の開口部４９、即ちポンプ室５１に連通している。流路孔５０は、本実施形態においては外部空間に気体を排出する排気口である。なお、流路孔５０は、ここでは蓋板２０の中心から外れる位置に設けるが、流路孔５０は蓋板２０の中心付近に設けてもよい。
【００４６】
図３（Ａ）は、振動板１５および圧電素子１６を上面側から視た平面図である。図３（Ｂ）は、振動板１５を下面側から視た平面図である。図３（Ｃ）は、図３（Ａ）中にＣ−Ｃ’で示す位置を通る断面を視た振動板１５および圧電素子１６の側面図である。
【００４７】
振動板１５は、前述したように、平面視して中央部２１と、枠部２２と、連結部２３，２４，２５，２６とを備え、開口部４３，４４，４５，４６を有している。また、圧電素子１６は、平面視して、振動板１５の中央部２１よりも径が若干小さい円板状であり、中央部２１の上面に貼り付いている。
【００４８】
連結部２３，２４，２５，２６は、矩形枠状である枠部２２の対角線に沿って中央部２１から放射状に延びている。該連結部２３，２４，２５，２６は、それぞれ打撃部５３，５４，５５，５６を備えている。打撃部５３，５４，５５，５６は、連結部２３，２４，２５，２６のそれぞれにおいて中央部２１に隣接する境界付近で局所的に幅が広がる部位であり、それぞれを平面視して中央部２１よりも径が小さい円形状である。振動板１５は、打撃部５３，５４，５５，５６と枠部２２とを除く部位が、振動板１５の下面からのエッチング加工によって肉薄になっており、打撃部５３，５４，５５，５６と枠部２２とが他の部位よりも肉厚になっている。すなわち、打撃部５３，５４，５５，５６と枠部２２とは、振動板１５の他の部位よりも下面側に突出する凸部として形成されている。
【００４９】
図４は、図３（Ｂ）中にＸ−Ｘ’で示す位置を通る断面を視たポンプ１の側面図である。
【００５０】
ポンプ１は、筐体５２と流体制御部５９とを備え、筐体５２の内部にポンプ室５１を有している。筐体５２は、前述のカバー板１１、流路板１２、対向板１３の後述する拘束部５８、接着層１４、振動板１５の枠部２２、絶縁板１７、給電板１８、スペーサ板１９、および蓋板２０からなる。流体制御部５９は、圧電素子１６、振動板１５の中央部２１、連結部２３，２４，２５，２６、および対向板１３の後述する可動部５７からなり、ポンプ室５１の内部に設けられて振動することにより流体を制御する部位であり、本発明の「流体制御装置」に相当する。
【００５１】
対向板１３は、連結部２３，２４における打撃部５３，５４のほぼ中心に対向する位置に、ポンプ室５１に開口する流路孔３９，４０を有している。また、図４に示す断面では表示されていないが、対向板１３は、連結部２５，２６における打撃部５５，５６（図３参照）のほぼ中心に対向する位置に、ポンプ室５１に開口する流路孔４１，４２（図２参照）を有している。打撃部５３，５４，５５，５６の径は、流路孔３９，４０，４１，４２の径よりも大きくなっている。
【００５２】
また、対向板１３は、流路孔３９，４０付近で流路板１２の開口部３５，３６に下面が露出している。また、図４に示す断面では表示されていないが、対向板１３は、流路孔４１，４２（図２参照）付近でも下面が流路板１２の開口部３７，３８（図２参照）に露出している。そして、対向板１３は、流路孔３９，４０，４１，４２付近を除いて、下面が流路板１２に固定されている。これは、対向板１３における流路孔３９，４０，４１，４２付近を、流路板１２に拘束されずに屈曲可能な可動部５７とするためである。また、対向板１３における下面が流路板１２に固定される部分を、可動部５７の周囲を拘束する屈曲不能な拘束部５８とするためである。なお、可動部５７の径と打撃部５３，５４，５５，５６の径は、比較的近い大きさにすることが望ましいが、必ずしも一致する必要は無い。また、対向板１３と流路板１２とは一枚の板部材として構成してもよい。その場合には、板部材に、流路孔３９，４０，４１，４２付近の厚みの薄い薄肉部と、薄肉部を囲む厚みの厚い厚肉部とを設けることで、可動部５７と拘束部５８とを構成してもよい。
【００５３】
該ポンプ１においては、外部接続端子３，４に交流駆動信号が印加されるにより、圧電素子１６の厚み方向に交番電界が印加される。すると、圧電素子１６が面内方向に等方的に伸縮しようとして、圧電素子１６と振動板１５との積層体に厚み方向の屈曲振動が同心円状に生じる。そこで、本実施形態においては、外部接続端子３，４に印加される交流駆動信号は所定の周波数に設定し、これにより、圧電素子１６と振動板１５との積層体に、高次共振モードで屈曲振動が生じるようにする。
【００５４】
図５（Ａ）は、圧電素子１６と振動板１５との積層体に生じる高次共振モードの屈曲振動を示す模式図である。なお、ここでは、３次共振モードについて説明する。
【００５５】
該ポンプ１において、圧電素子１６と振動板１５との積層体は、枠部２２が振動の節となり、中央部２１の中心が第１の振動の腹となり、打撃部５３，５４，５５，５６の中心が第２の振動の腹となるような高次（且つ奇数次）の共振モードを有しており、該高次共振モードが生じるように、交流駆動信号の周波数が設定される。例えば３次共振モードでは、第１の振動の腹と第２の振動の腹とでは振動の位相が１８０°異なるものになる。すなわち、圧電素子１６が伸びる際には、振動板１５における中央部２１の中心が圧電素子１６側に凸となるように撓み、打撃部５３，５４，５５，５６が圧電素子１６とは反対側に変位する。また、圧電素子１６が縮む際には、振動板１５における中央部２１の中心が圧電素子１６側に凹となるように撓み、打撃部５３，５４，５５，５６が圧電素子１６側に変位する。
【００５６】
図５（Ｂ）は、打撃部５３および可動部５７の近傍の振動態様を示す模式図である。
【００５７】
高次共振モードでの振動に伴い、振動板１５の打撃部５３には上下に繰り返し変位するような振動が生じる。なお、打撃部５４，５５，５６（図３参照）の近傍にも打撃部５３の近傍と同様な振動態様が生じる。これらの打撃部５３，５４，５５，５６それぞれの近傍に生じる振動は互いに同期した位相になる。すると、ポンプ室５１における対向板１３と打撃部５３，５４，５５，５６との間の隙間の薄い流体層には、打撃部５３，５４，５５，５６が繰り返し叩き付けられることになる。これにより、打撃部５３，５４，５５，５６に対向する流体には繰り返しの圧力変動が生じて、該圧力変動が流体を介して打撃部５３，５４，５５，５６に対向する可動部５７に伝達される。可動部５７は、所定の固有振動数を持つように径や厚さが設計されており、打撃部５３，５４，５５，５６の振動に呼応して屈曲振動するようになる。
【００５８】
このようにして生じる打撃部５３，５４，５５，５６の振動と可動部５７の振動とが連成されることにより、ポンプ室５１内部の対向板１３と振動板１５との間の隙間で、可動部５７の中心に設けられている流路孔３９，４０，４１，４２の近傍から流体が可動部５７の外周側に流れるようになる。これにより、ポンプ室５１内部で流路孔３９，４０，４１，４２周辺に負圧が生じて、流路孔３９，４０，４１，４２それぞれからポンプ室５１に流体が吸引される。また、ポンプ室５１内部には、蓋板２０側の空間に正圧が生じ、この正圧が蓋板２０に設けた流路孔５０で開放される。したがって、流路孔３９，４０，４１，４２を介してポンプ室５１に吸引された流体は、蓋板２０に設けた流路孔５０を介してポンプ室５１から流出することになる。
【００５９】
このように、本実施形態のポンプ１によれば、４つの流路孔３９，４０，４１，４２を介してポンプ室５１に並行して流体が吸引されるので、ポンプ室５１に流入する流体の総量が多くなり、このことにより、ポンプ１のポンプ効率を改善することができる。
【００６０】
また、ポンプ室５１の内部に打撃部５３，５４，５５，５６を幅広に設け、且つ、ポンプ動作に直接寄与する流路孔３９，４０，４１，４２の周囲に打撃部５３，５４，５５，５６を近接対向させるので、打撃部５３，５４，５５，５６に対向する流体の面積を減らすことなく、打撃部５３，５４，５５，５６の振動振幅を大きくできる。
【００６１】
また、ポンプ室５１の内部に打撃部５３，５４，５５，５６を凸状に設け、且つ、ポンプ動作に直接寄与する流路孔３９，４０，４１，４２の周囲に打撃部５３，５４，５５，５６を近接対向させるので、ポンプ動作に直接寄与することの無い位置で振動板１５と対向板１３との間隔を拡げることができる。これらのことにより、圧電素子１６および振動板１５にかかる不要な負荷を減らして、ポンプ動作によって生じる流体の圧力や流量、ポンプ効率を改善することができる。なお、本実施形態においては、打撃部５３，５４，５５，５６を凸状に設ける例を示したが、打撃部５３，５４，５５，５６は、周囲と同じ厚みで平坦状に設けてもよい。その場合には、打撃部５３，５４，５５，５６に対向する対向板１３の可動部５７を、打撃部５３，５４，５５，５６側に凸状となるように設けてもよい。
【００６２】
なお、対向板１３、流路板１２、及びカバー板１１は、振動板１５の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有する材料で構成し、振動板１５の枠部２２に対して熱硬化性接着剤を用いて接着するようにしても好適である。このようにすると、常温環境下で対向板１３を振動板１５側に凸に反らせて、可動部５７に張力を付与することができ、この張力によって可動部５７を弛み難くすることができる。これにより、可動部５７の撓みやへたりによって振動が阻害されることを防ぐことができる。
【００６３】
また、蓋板２０、スペーサ板１９、給電板１８、絶縁板１７、振動板１５、対向板１３、流路板１２、およびカバー板１１は、いずれも実質的に同じ線膨脹係数を有するようにしても好適である。特には、蓋板２０、振動板１５、対向板１３、流路板１２、およびカバー板１１は、いずれも同じまたは近しい線膨脹係数を有する同種の金属材料からなることが好ましい。このようにすると、線膨脹係数差に起因した可動部５７の張力の変化を抑制することができ、ポンプ１の温度特性を改善することができる。
【００６４】
ここで、可動部５７と打撃部５３，５４，５５，５６の振動態様をより具体的に説明する。可動部５７は、打撃部５３，５４，５５，５６の駆動周波数よりも若干低い周波数に対応する固有振動数を有するように設計される。これにより、打撃部５３，５４，５５，５６の振動に呼応して可動部５７に生じる振動は、打撃部５３，５４，５５，５６の駆動周波数とほとんど同じ周波数で、位相に若干の遅れが生じたものになる。
【００６５】
また、打撃部５３，５４，５５，５６は、振動板１５の中心から打撃部５３，５４，５５，５６の中心までの距離、すなわち、第１の振動の腹から第２の振動の腹までの距離と比較すると径が小さいため、比較的平坦な形状を保ったまま上下に変位するように振動する。一方、可動部５７は、外周部が拘束部５８に拘束されており、打撃部５３，５４，５５，５６と同程度の径を有しているため、打撃部５３，５４，５５，５６に対向する領域内で上下に大きく屈曲するように振動する。
【００６６】
このように、打撃部５３，５４，５５，５６には上下に変位するような定在波振動が生じ、可動部５７には上下に屈曲するような定在波振動が生じ、それらは波長と位相が異なるものになる。したがって、これらの定在波振動の差分として表わされる打撃部５３，５４，５５，５６と可動部５７との間隔は、２つの定在波振動の波長と位相が異なるために、流路孔３９，４０，４１，４２付近から可動部５７の外周側に進む進行波のように時間とともに変化する。これにより、打撃部５３，５４，５５，５６と可動部５７との間の隙間では、流体が流路孔３９，４０，４１，４２付近から可動部５７の外周側に絞り出されるように移送されることになる。したがって、ポンプ１に逆止弁のような構成が無くても流体の流れる方向を定めることができ、流体を流れやすくすることができる。このことによっても、圧電素子１６および振動板１５にかかる不要な負荷を減らして、ポンプ動作によって生じる流体の圧力や流量、ポンプ効率を改善することができる。
【００６７】
以上のことから、本実施形態に係るポンプ１では、装置サイズを大型化することなくポンプ効率を向上させられる。あるいは、該ポンプ１では、ポンプ効率を低下させることなく装置サイズを小型化できる。
【００６８】
≪第２の実施形態≫
次に、本発明の第２の実施形態に係るポンプ１Ａについて、気体の吸引を行うエアポンプを例に説明する。
【００６９】
図６は、ポンプ１Ａの分解斜視図である。ポンプ１Ａは、カバー板１１Ａ、流路板１２Ａ、対向板１３Ａ、接着層１４（不図示）、振動板１５、圧電素子１６、金属板１７Ａ、絶縁板１７、給電板１８、スペーサ板１９、および蓋板２０を備え、それらを順に積層した構造を有している。接着層１４（不図示）、振動板１５、圧電素子１６、絶縁板１７、給電板１８、スペーサ板１９、および蓋板２０は、第１の実施形態とほぼ同じ構成を有している。なお、振動板１５、絶縁板１７、給電板１８、およびスペーサ板１９の後述するポンプ室に面する側壁面の形状は、適宜の形状に設定することができ、ここでは、振動板１５の中央部２１および連結部２３，２４，２５，２６の側壁に一定の間隔を空けて沿うような形状としている。
【００７０】
また、本実施形態では、金属板１７Ａを振動板１５と絶縁板１７との間に積層している。金属板１７Ａは、絶縁板１７よりも密度が大きく、ヤング率も高く、固い、金属材料からなる。このような金属板１７Ａを設けると、振動板１５に対して絶縁板１７を直接接合する場合よりも、振動板１５をより確実に固定することができる。このことを言い換えると、金属板１７Ａを設けることで振動板１５に対して絶縁板１７を直接接合する場合よりも、振動板１５の振動を他の部材に漏れ難くすることができる。このことにより、振動板１５の振動振幅を大きくすることができ、ポンプ１Ａのポンプ効率を向上させることができる。
【００７１】
また、本実施形態では、カバー板１１Ａは、流路孔３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａを有している。流路板１２Ａは、流路３５Ａ，３６Ａ，３７Ａ，３８Ａを有している。対向板１３Ａは、流路孔３９，４０，４１，４２とともに開口部３９Ａ，４０Ａ，４１Ａ，４２Ａを有している。
【００７２】
図７（Ａ）は、振動板１５の平面図である。図７（Ｂ）は、対向板１３Ａの平面図である。図７（Ｃ）は、流路板１２Ａの平面図である。図７（Ｄ）は、カバー板１１Ａの平面図である。
【００７３】
図７（Ｂ）に示す対向板１３Ａの開口部３９Ａ，４０Ａ，４１Ａ，４２Ａは、図７（Ａ）に示す振動板１５における枠部２２側から連結部２３，２４，２５，２６側に、接着層１４（不図示）の接着剤が流れ出すことを防ぐために設けている。このため、開口部３９Ａ，４０Ａ，４１Ａ，４２Ａは、振動板１５における枠部２２と連結部２３，２４，２５，２６との連結部分に沿って延びるように設けている。このことを言い換えると、開口部３９Ａ，４０Ａ，４１Ａ，４２Ａは、後述する可動部５７の外周に沿って延びるように設けている。このように開口部３９Ａ，４０Ａ，４１Ａ，４２Ａを設けることによって、接着層１４（不図示）の接着剤が連結部２３，２４，２５，２６側に流れ出て固着してしまうことを防ぐことができる。すると、連結部２３，２４，２５，２６に接着層１４（不図示）の接着剤が固着して連結部２３，２４，２５，２６の振動を阻害するような問題の発生を防ぐことができる。これにより、振動板１５の振動がより安定して生じることになり、ポンプ１Ａに性能ばらつきが生じることを防ぐことができる。なお、対向板１３Ａだけでなく流路板１２Ａにも、開口部３９Ａ，４０Ａ，４１Ａ，４２Ａと同形状で接着剤流れ止め用の開口を設けるようにしてもよい。また、振動板１５のうち打撃部５３，５４，５５，５６と枠部２２とを除く部位を、振動板１５の下面からのエッチング加工によって肉薄とし、打撃部５３，５４，５５，５６と枠部２２とを他の部位よりも肉厚とすることによっても、接着剤が連結部２３，２４，２５，２６側に流れ出すことを抑制できる。
【００７４】
また、流路板１２Ａの流路３５Ａ，３６Ａ，３７Ａ，３８Ａは、開口部３５Ｂ，３６Ｂ，３７Ｂ，３８Ｂと延出部３５Ｃ，３６Ｃ，３７Ｃ，３８Ｃとを有している。
【００７５】
開口部３５Ｂ，３６Ｂ，３７Ｂ，３８Ｂは、それぞれ平面視して楕円形状の開口であり、対向板１３Ａの流路孔３９，４０，４１，４２とその周囲に対向している。延出部３５Ｃ，３６Ｃ，３７Ｃ，３８Ｃは、それぞれ平面視して、開口部３５Ｂ，３６Ｂ，３７Ｂ，３８Ｂから、振動板１５における中央部２１の周方向に沿って延出している。そして、延出部３５Ｃ，３６Ｃ，３７Ｃ，３８Ｃそれぞれは、開口部３５Ｂ，３６Ｂ，３７Ｂ，３８Ｂから離れる端部付近で、後述するカバー板１１Ａの流路孔３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａと通じている。したがって、カバー板１１Ａおよび流路板１２Ａは、特許請求の範囲に記載の流路部に相当している。このように流路板１２Ａに延出部３５Ｃ，３６Ｃ，３７Ｃ，３８Ｃを設けることによって、対向板１３Ａの流路孔３９，４０，４１，４２とカバー板１１Ａの流路孔３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａとを、平面視して離れた位置に設けることができる。すると、振動板１５の振動によって生じる振動音が、対向板１３Ａの流路孔３９，４０，４１，４２や、流路板１２Ａの流路３５Ａ，３６Ａ，３７Ａ，３８Ａを介して、カバー板１１Ａの流路孔３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａから漏洩することを抑制できる。したがって、ポンプ１Ａを静音化することができる。
【００７６】
また、開口部３５Ｂ，３６Ｂ，３７Ｂ，３８Ｂは、振動板１５の中央部２１から外側に向かう径方向において、振動板１５の打撃部５３，５４，５５，５６とほぼ同じか若干大きい寸法を有している。また、開口部３５Ｂ，３６Ｂ，３７Ｂ，３８Ｂは、中央部２１の周りをまわる周方向において、それぞれ振動板１５の打撃部５３，５４，５５，５６よりも十分に大きい寸法を有している。すなわち、開口部３５Ｂ，３６Ｂ，３７Ｂ，３８Ｂは、中央部２１の径方向を短軸方向とし、中央部２１の周方向を長軸方向としている。これらの開口部３５Ｂ，３６Ｂ，３７Ｂ，３８Ｂに対向する対向板１３Ａの領域は可動部５７となるため、対向板１３Ａの可動部５７も、中央部２１の径方向を短軸方向とし、中央部２１の周方向を長軸方向とする楕円形状となっている。
【００７７】
図８は、可動部５７の短軸方向から視た、可動部５７および打撃部５３の振動態様を模式的に示す側面断面図である。なお、振動板１５の打撃部５４，５５，５６とそれらに対向する可動部５７も、同様の振動態様を示す。
【００７８】
図８（Ａ）には第１の実施形態と同様の構成、即ち、可動部５７を、打撃部５３の径とほとんど同じ径とする場合を例示している。図８（Ｂ）には第２の実施形態と同様の構成、即ち、可動部５７を、長軸方向において打撃部５３の径よりも十分に大きい径とする場合を例示している。
【００７９】
振動板１５の中央部２１においては、第１の実施形態でも述べたように、平面視して同心円状に屈曲振動の腹が生じる。このため、打撃部５３においては、中央部２１の周方向（可動部５７の長軸方向）に一様に振動の腹が生じる。
【００８０】
したがって、打撃部５３を中央部２１の径方向（可動部５７の短軸方向）から視た断面において、打撃部５３は上下動する。そして、このような打撃部５３の上下動に伴って、打撃部５３の両主面近傍の内部では、一方主面側で中央部２１の径方向（可動部５７の短軸方向）に伸びが生じ、他方主面側で中央部２１の径方向（可動部５７の短軸方向）に縮みが生じる。このような打撃部５３に局所的に生じる伸びや縮みは、その直交方向に逆の縮みや伸びを生じさせる。すなわち、打撃部５３に局所的に所定方向（可動部５７の短軸方向）の伸びが生じると、その直交する方向（可動部５７の長軸方向）には縮みが生じる。また、打撃部５３に局所的に所定方向（可動部５７の短軸方向）の縮みが生じると、その直交する方向（可動部５７の長軸方向）には伸びが生じる。このことにより、打撃部５３には、可動部５７の短軸方向から視て屈曲するような振動が生じる。
【００８１】
この振動は、打撃部５３を中央部２１の径方向（可動部５７の短軸方向）から視た断面において、打撃部５３の両端付近で振動振幅が最も大きくなる。このため、駆動電圧を大きくすることなどによって、打撃部５３の両端付近での振動振幅が大きくなりすぎると、図８（Ａ）に例示するように、打撃部５３に対向する可動部５７と打撃部５３の両端部とが接近して衝突する恐れがある。
【００８２】
そこで、本実施形態では、対向板１３Ａの可動部５７を長円形状とすることで、可動部５７の固有振動数が低下することを抑制しながら、可動部５７の長軸方向での寸法を大きくしている。これにより、図８（Ｂ）に例示するように、打撃部５３の長軸方向両端部に対向する位置での可動部５７の振動振幅を大きくすることができる。このことにより、可動部５７を、対向する打撃部５３の両端部に衝突しにくくすることが可能になる。したがって、ポンプ１Ａでは、可動部５７と打撃部５３との衝突に起因する異常振動や異音の発生、圧力の低減などを防ぐことができる。
【００８３】
以上のように、対向板１３Ａの可動部５７は、中央部２１の周方向（打撃部５３，５４，５５，５６に振動の腹が一様に生じる方向）を長軸とする形状に設定するとよい。なお、可動部５７の具体的な平面形状は、楕円形状の他、長円形状などであっても好適である。
【００８４】
≪第３の実施形態≫
次に、本発明の第３の実施形態に係るポンプ１Ｂについて、気体の吸引を行うエアポンプを例に説明する。
【００８５】
図９は、ポンプ１Ｂの分解斜視図である。ポンプ１Ｂは、カバー板１１、流路板１２、対向板１３、接着層１４（不図示）、振動板１５、圧電素子１６、絶縁板１７、給電板１８、スペーサ板１９、蓋板２０、および積層板１６Ｂを備えている。
【００８６】
積層板１６Ｂは、振動板１５と圧電素子１６との積層体に対して更に積層して設けるものであり、本実施形態においては、振動板１５と圧電素子１６との間に積層している。積層板１６Ｂは、圧電素子１６と略一致する円盤状の外形を有し、平面視した寸法を圧電素子１６と同じか若干大きくしている。
【００８７】
圧電素子１６は、第１の実施形態と同様に、例えば、線膨張係数がほぼゼロのチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスで構成されている。振動板１５も、第１の実施形態と同様に、例えば、線膨張係数が約１０．４×１０−６Ｋ−１のＳＵＳ４３０で構成されている。このように、振動板１５と圧電素子１６とは互いに異なる材料からなり、両者の間には線膨脹係数差がある。
【００８８】
したがって、第１の実施形態や第２の実施形態のように、振動板１５と圧電素子１６とを直接貼り合わせて積層する構成では、積層体に温度変動に応じた変形が生じてしまう。一般に、振動板１５と圧電素子１６との積層体では、高温になるほど線膨脹係数が小さい圧電素子１６側が凹状になり、低温になるほど線膨脹係数が小さい圧電素子１６側が凸状になるように撓んでしまう。このような線膨脹係数差に基づく変形が振動板１５と圧電素子１６との積層体に生じると、振動板１５（打撃部５３〜５６）と対向板１３との間隔や平行度が温度に応じて変わってしまう。このため、各部寸法の設定や各部材質の設計によっては、振動板１５と対向板１３とに挟まれる流体層において流体圧の分布や流体圧の変動が温度に影響を受け、ポンプの流量に過度な温度変動が生じてしまう。
【００８９】
そこで、本実施形態では、振動板１５と圧電素子１６との積層体に対して、更に積層板１６Ｂを積層して設け、これにより、振動板１５と圧電素子１６との線膨脹係数差に起因する熱変形を補償する。積層板１６Ｂは、振動板１５および圧電素子１６の線膨脹係数に対して所定の関係を満足する線膨脹係数および板厚を有するものを適宜の位置に配置している。
【００９０】
具体的には、積層板１６Ｂを圧電素子１６と振動板１５の間に積層するとともに、積層板１６Ｂの線膨張係数を、圧電素子１６および振動板１５の線膨張係数以上に設定する、または、圧電素子１６および振動板１５の線膨張係数以下に設定する。高温で接着する場合には圧電素子１６に圧縮応力が加えられるため、積層板１６Ｂの線膨張係数を、圧電素子１６および振動板１５の線膨張係数以上に設定することが望ましい。
【００９１】
このように積層板１６Ｂを設定することにより、振動板１５と積層板１６Ｂとの線膨脹係数差による変形（応力）と、圧電素子１６と積層板１６Ｂとの線膨脹係数差による変形（応力）とを、互いに相殺させることができ、積層板１６Ｂと圧電素子１６と振動板１５との積層体における線膨脹係数差に起因する変形を、振動板１５と圧電素子１６とを直接貼り合わせる場合よりも抑制することができる。したがって、振動板１５に形成される打撃部５３〜５６と対向板１３との間隔や平行度の温度変動を抑制でき、打撃部５３〜５６の振動に伴って生じる流量における温度変動も抑制することができる。
【００９２】
積層板１６Ｂは、上記したような線膨脹係数の関係を満足するものであれば、どのような材質からなるものであってもよく、例えばＳＵＳ４３０よりも線膨脹係数が大きい適宜の材料や、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスよりも線膨脹係数が小さい適宜の材料を採用することができる。
【００９３】
なお、仮に振動板１５として、圧電素子１６よりも線膨脹係数が低い材質のものが採用されたとしても、積層板１６Ｂの線膨脹係数は上記と同様に設定するとよい。すなわち、積層板１６Ｂの線膨張係数を、圧電素子１６および振動板１５の線膨張係数以上に設定する、または、圧電素子１６および振動板１５の線膨張係数以下に設定するとよい。このような場合にも、振動板１５と積層板１６Ｂとの線膨脹係数差による変形（応力）と、圧電素子１６と積層板１６Ｂとの線膨脹係数差による変形（応力）とを、互いに相殺させることができ、やはり積層板１６Ｂを圧電素子１６と振動板１５との積層体における、線膨脹係数差に起因する変形を、振動板１５と圧電素子１６とを直接貼り合わせる場合よりも抑制することができる。
【００９４】
≪第４の実施形態≫
次に、本発明の第４の実施形態に係るポンプ１Ｃについて説明する。
【００９５】
図１０は、本発明の第４の実施形態に係るポンプ１Ｃの分解斜視図である。
【００９６】
ポンプ１Ｃは、前述の第３の実施形態の変形例に相当しており、積層板１６Ｃを備えている。積層板１６Ｃも、前述の第３の実施形態と同様に、振動板１５と圧電素子１６との積層体に対して更に積層して設けるものであり、圧電素子１６と略一致する円盤状の外形を有し、振動板１５および圧電素子１６に対して所定の線膨脹係数の関係を満足するような線膨脹係数および板厚を有するものを適宜の位置に配置している。
【００９７】
本実施形態においては、積層板１６Ｃは、振動板１５と圧電素子１６との間ではなく、振動板１５の圧電素子１６が積層される側とは反対側の主面に積層している。また、積層板１６Ｃの線膨張係数は、振動板１５の線膨張係数未満として、圧電素子１６の線膨脹係数と同程度になるように設定している。
【００９８】
このように積層板１６Ｃを設定することによっても、振動板１５と積層板１６Ｃとの線膨脹係数差による変形（応力）と、振動板１５と圧電素子１６との線膨脹係数差による変形（応力）とを、互いに相殺させることができ、積層板１６Ｃと圧電素子１６と振動板１５との積層体における線膨脹係数差に起因する変形を、振動板１５と圧電素子１６とを直接貼り合わせる場合よりも抑制することができる。したがって、振動板１５に形成される打撃部５３〜５６と対向板１３との間隔や平行度の温度変動を抑制でき、打撃部５３〜５６の振動に伴って生じる流量における温度変動も抑制することができる。
【００９９】
積層板１６Ｃは、上記したような線膨脹係数の関係を満足するものであれば、どのような材質からなるものであってもよく、例えばＳＵＳ４３０よりも線膨脹係数が小さい金属材料や樹脂材料などを採用することができる。
【０１００】
なお、仮に振動板１５として、圧電素子１６よりも線膨脹係数が低い材質のものが採用された場合には、積層板１６Ｃの線膨脹係数は上記とは逆になるように設定するとよい。すなわち、積層板１６Ｃの線膨張係数を、振動板１５の線膨張係数よりも大きくなるように設定するとよい。このような場合にも、振動板１５と積層板１６Ｃとの線膨脹係数差による変形（応力）と、振動板１５と圧電素子１６との線膨脹係数差による変形（応力）とを、互いに相殺させることができ、やはり積層板１６Ｃと圧電素子１６と振動板１５との積層体における線膨脹係数差に起因する変形を、振動板１５と圧電素子１６とを直接貼り合わせる場合よりも抑制することができる。
【０１０１】
≪第５の実施形態≫
次に、本発明の第５の実施形態に係るポンプ１Ｄについて説明する。
【０１０２】
図１１は、本発明の第５の実施形態に係るポンプ１Ｄの分解斜視図である。
【０１０３】
ポンプ１Ｄは、前述の第３及び第４の実施形態の変形例に相当しており、積層板１６Ｄを備えている。積層板１６Ｄも、前述の第３及び第４の実施形態と同様に、振動板１５と圧電素子１６との積層体に対して更に積層して設けるものであり、圧電素子１６と略一致する円盤状の外形を有し、平面視した寸法が圧電素子１６と同じか若干小さく、振動板１５および圧電素子１６に対して所定の線膨脹係数の関係を満足するような線膨脹係数および板厚を有するものを適宜の位置に配置している。
【０１０４】
本実施形態においては、積層板１６Ｄは、振動板１５と圧電素子１６との間や、振動板１５の圧電素子１６が積層される側とは反対側の主面ではなく、圧電素子１６の振動板１５が積層される側とは反対側の主面に積層している。また、積層板１６Ｄと振動板１５の線膨張係数は、圧電素子１６の線膨張係数より大きく設定している。
【０１０５】
このように積層板１６Ｄを設定することによっても、振動板１５と圧電素子１６との線膨脹係数差による変形（応力）と、圧電素子１６と積層板１６Ｄとの線膨脹係数差による変形（応力）とを、互いに相殺させることができ、積層板１６Ｄと圧電素子１６と振動板１５との積層体における線膨脹係数差に起因する変形を、振動板１５と圧電素子１６とを直接貼り合わせる場合よりも抑制することができる。したがって、振動板１５に形成される打撃部５３〜５６と対向板１３との間隔や平行度の温度変動を抑制でき、打撃部５３〜５６の振動に伴って生じる流量における温度変動も抑制することができる。
【０１０６】
積層板１６Ｄは、上記したような線膨脹係数の関係を満足するものであれば、どのような材質からなるものであってもよく、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスよりも線膨脹係数が大きい金属材料や樹脂材料などを採用することができる。
【０１０７】
なお、仮に振動板１５として、圧電素子１６よりも線膨脹係数が低い材質のものが採用された場合には、積層板１６Ｄの線膨脹係数は上記とは逆になるように設定するとよい。すなわち、積層板１６Ｄの線膨張係数を、圧電素子１６の線膨張係数よりも小さくなるように設定するとよい。このような場合にも、振動板１５と圧電素子１６との線膨脹係数差による変形（応力）と、積層板１６Ｄと圧電素子１６との線膨脹係数差による変形（応力）とを、互いに相殺させることができ、やはり積層板１６Ｄと圧電素子１６と振動板１５との積層体における線膨脹係数差に起因する変形を、振動板１５と圧電素子１６とを直接貼り合わせる場合よりも抑制することができる。この構成では積層板１６Dが圧電素子１６の動きを阻害するものの、圧電素子１６の位置は、積層板１６Dと圧電素子１６と振動板１５の３層の中立面からどちらか一方に離れることで動作可能である。
【０１０８】
《他の実施形態》
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図１２（Ａ）は、本発明の第６の実施形態に係るポンプを構成する対向板６１の斜視図である。該対向板６１は、振動板１５の各打撃部５３，５４，５５，５６に対応する位置に、流路孔集合部６２，６３，６４，６５を備えている。流路孔集合部６２，６３，６４，６５のそれぞれには、複数の流路孔が集積して形成されている。本発明のポンプおよび流体制御部は、このような対向板６１を用いて構成してもよい。
【０１０９】
図１２（Ｂ）は、本発明の第７の実施形態に係るポンプ７１の断面図である。該ポンプ７１は、振動板１５の中央部２１にも凸状の打撃部７２を設けている。また、打撃部７２に対向する位置に、対向板１３の流路孔７３、流路板１２の開口部７４、および、カバー板１１の流路孔７５を設けている。本発明のポンプおよび流体制御部は、このように中央部に対向する領域にも、流体を外部から吸引する流路孔や打撃部を設けるようにしてもよい。このようにすると、流体を外部から吸引する流路孔の数を増やすことができ、流量の更なる増加と、ポンプ効率の更なる改善とを図ることができる。
【０１１０】
図１２（Ｃ）は、本発明の第８の実施形態に係るポンプ８１の断面図である。該ポンプ８１は、振動板１５の上面に貼り付ける圧電素子１６に加えて、振動板１５の下面に貼り付ける圧電素子１６’を備えている。すなわち、ポンプ８１において、圧電素子１６と振動板１５と圧電素子１６’とはバイモルフ構造とされている。圧電素子と振動板との積層体を、このようにバイモルフ構造とすれば、第１乃至第３の実施形態に示したような圧電素子と振動板との積層体の構造（ユニモルフ構造）と比べて、圧電素子と振動板との積層体の振動振幅をより大きくすることができる。なお、２つの圧電素子をバイモルフ構造となるように設ける場合の給電態様についてはどのようなものであってもよいが、具体例については後述する。
【０１１１】
図１３（Ａ）は、本発明の第９の実施形態に係るポンプ９１Ａの断面図である。該ポンプ９１Ａは、振動板の両主面側それぞれに対向板およびその流路孔を配する構成である。具体的には、ポンプ９１Ａは、上下面のそれぞれが凸状に構成された打撃部９４を有する振動板１５’を備えている。また、ポンプ９１Ａは、振動板１５’の下面側に配するカバー板１１、流路板１２、対向板１３、および、接着層１４に加えて、振動板１５’の上面側にカバー板１１’、流路板１２’、対向板１３’、および、接着層１４’を配している。カバー板１１’、流路板１２’、および対向板１３’は、それぞれ、カバー板１１、流路板１２、対向板１３と、およその形状は同じで、配置順が逆である。すなわち、カバー板１１’、流路板１２’、および対向板１３’は、打撃部９４の上面側に対向する流路孔３９’，４０’、開口部３５’，３６’、および流路孔３１’，３２’を備えている。また、カバー板１１’、流路板１２’、および対向板１３’は、カバー板１１、流路板１２、および対向板１３とは異なり、それぞれの中央部に開口部９１，９２，９３が形成されている。開口部９１，９２，９３は、ポンプ室を外部空間に連通させるものである。この構成では、開口部９１，９２，９３は流路孔３１，３２，３１’，３２’とは逆の機能を有しており、外部に気体を排気する排気口として機能する。
【０１１２】
本発明のポンプおよび流体制御部は、このように振動板の上下双方に対向板の流路孔を設けるようにしてもよい。このようにすると、対向板の流路孔の数を更に増やすことができ、流量の更なる増加と、ポンプ効率の更なる改善とを図ることができる。
【０１１３】
図１３（Ｂ）は、本発明の第１０の実施形態に係るポンプ９１Ｂの断面図である。該ポンプ９１Ｂは、第９の実施形態に係るポンプ９１Ａの変形例にあたり、振動板の両主面側それぞれに対向板およびその流路孔を配する構成である。そして、ポンプ９１Ｂにおいては、流路孔３１，３２，３１’，３２’の機能とは逆の排気口として機能する開口部９５が、カバー板１１’、流路板１２’、および対向板１３’ではなく、振動板１５’の側方に形成されている。
【０１１４】
本発明のポンプおよび流体制御部は、このように、流路孔３１，３２，３１’，３２’の機能とは逆の排気口として機能する開口を、振動板の上下方向ではなく振動板の側方に設けるようにしてもよい。このようにすると、吸気口と排気口との間隔を離すことが可能になるため、装置の設置自由度が高まり、効率よく気体を吸気および排気することが可能になる。
【０１１５】
図１３（Ｃ）は、本発明の第１１の実施形態に係るポンプ９１Ｃの断面図である。該ポンプ９１Ｃは、第９および第１０の実施形態に係るポンプ９１Ａ，９１Ｂの変形例にあたる。そして、ポンプ９１Ｃにおいては、カバー板１１，１１’には流路孔が設けられておらず、流路板１２，１２’に開口部３５，３６，３５’，３６’を連通させる流路９６が形成され、その流路９６を介して連通するように、流路板１２，１２’の側方に開口部９７が設けられている。
【０１１６】
本発明のポンプおよび流体制御部は、このように吸気口および排気口の双方を、振動板の上下方向ではなく、振動板の側方で外部に連通させるようにしてもよい。このようにすると、ポンプの上下双方に外部基板や外部筐体が配置されても気体の吸気および排気を行うことが可能になる。また、吸気口や排気口をそれぞれ一つにまとめることができる。これらのことによっても、装置の設置自由度を高めることができ、効率よく気体を吸気および排気することが可能になる。
【０１１７】
《第１２の実施形態》
次に、本発明の第１２の実施形態に係るポンプ２０１に基づいて、２つの圧電素子と振動板とによるバイモルフ構造を実現する場合の配線態様の一例について説明する。
【０１１８】
図１４は、ポンプ２０１の分解斜視図である。該ポンプ２０１は、カバー板２１１，２１１’、流路板２１２，２１２’、対向板２１３，２１３’、絶縁層２１４，２１４’、振動板２１５、圧電素子２１６，２１６’、および、給電板２１７，２１７’を備えている。カバー板２１１、流路板２１２、対向板２１３、絶縁層２１４、圧電素子２１６、および給電板２１７は、振動板２１５の下面側に配置されている。カバー板２１１’、流路板２１２’、対向板２１３’、絶縁層２１４’、圧電素子２１６’、および給電板２１７’は、振動板２１５の上面側に配置されている。
【０１１９】
カバー板２１１は、ポンプ２０１の下主面に露出し、流路板２１２の下面に貼り付けている。カバー板２１１は、ポンプ２０１の下主面に開口する流路孔２３１を有している。流路孔２３１は、円形状であり、本実施形態においては外部空間から気体を吸気する吸気口である。
【０１２０】
流路板２１２は、カバー板２１１と対向板２１３との間に積層している。流路板２１２は、上面および下面に開口する開口部２３２，２３３，２３４、および、流路２３５を有している。開口部２３２は、カバー板２１１の流路孔２３１と殆ど径が同じ円形状であり、カバー板２１１の流路孔２３１と連通する。開口部２３３は、後述する打撃部２２４と殆ど径が同じ円形状であり、打撃部２２４それぞれと対向する位置に設けられている。開口部２３４は、ポンプ室の一部を構成するものであり、圧電素子２１６および給電板２１７と対向する位置に設けられている。流路２３５は、カバー板２１１と対向板２１３とに上下を挟まれ、各開口部２３２，２３３間を連通させるように延びている。
【０１２１】
対向板２１３は、流路板２１２と振動板２１５との間に積層している。対向板２１３は、上面および下面に開口する流路孔２３６，２３７および開口部２３８を有している。流路孔２３６は、流路板２１２の開口部２３２と殆ど径が同じ円形状であり、流路板２１２の開口部２３２と連通する。流路孔２３７は、後述する打撃部２２４と対向して設けられ、打撃部２２４および流路板２１２の開口部２３３よりも径が小さい円形状であり、ポンプ室および流路板２１２の開口部２３３に連通する。開口部２３８は、ポンプ室の一部を構成するものであり、圧電素子２１６および給電板２１７と対向する位置に設けられている。
【０１２２】
振動板２１５は、対向板２１３と対向板２１３’との間に積層している。なお、振動板２１５と対向板２１３との間、および、振動板２１５と対向板２１３’との間には、図示していないが、所定の厚みとなるように粒子を含む接着層が設けられている。これらの接着層の粒子は導電性であっても非導電性であってもよい。
【０１２３】
また、振動板２１５は、中央部２２１と、枠部２２２と、連結部２２３とを備えている。連結部２２３には、打撃部２２４と第１の外部接続端子２２５とが設けられている。振動板２１５は、中央部２２１と枠部２２２と連結部２２３とに囲まれる開口部２３９と、枠部２２２に設けられた流路孔２４０とを有している。開口部２３９はポンプ室の一部を構成するものである。流路孔２４０は、対向板２１３の流路孔２３６と殆ど径が同じ円形状であり、対向板２１３の流路孔２３６と連通する。
【０１２４】
また、振動板２１５は、枠部２２２の一辺の上面に設けた上面側溝２２６’と、枠部２２２の一辺の下面に上面側溝２２６’と重なるように設けた下面側溝２２６と、を備えている。上面側溝２２６’および下面側溝２２６は、開口部２３９から外方に向けて延びている。
【０１２５】
対向板２１３’は、流路板２１２’と振動板２１５との間に積層している。対向板２１３’は、上面および下面に開口する流路孔２３６’，２３７’および開口部２３８’を有している。流路孔２３６’は、振動板２１５の流路孔２４０と殆ど径が同じ円形状であり、振動板２１５の流路孔２４０と連通する。流路孔２３７’は、打撃部２２４と対向して設けられ、打撃部２２４よりも径が小さい円形状であり、ポンプ室に連通する。開口部２３８’は、ポンプ室の一部を構成するものであり、圧電素子２１６’および給電板２１７’と対向する位置に設けられている。
【０１２６】
流路板２１２’は、カバー板２１１’と対向板２１３’との間に積層している。流路板２１２’は、上面および下面に開口する開口部２３２’，２３３’，２３４’、および、流路２３５’を有している。開口部２３２’は、対向板２１３’の流路孔２３６’と殆ど径が同じ円形状であり、対向板２１３’の流路孔２３６’と連通する。開口部２３３’は、打撃部２２４と殆ど径が同じ円形状であり、打撃部２２４それぞれと対向する位置に設けられ、対向板２１３’の流路孔２３７’と連通する。開口部２３４’は、ポンプ室の一部を構成するものであり、圧電素子２１６’および給電板２１７’と対向する位置に設けられている。流路２３５’は、カバー板２１１’と対向板２１３’とに上下を挟まれ、各開口部２３２’，２３３’間を連通させるように延びている。
【０１２７】
カバー板２１１’は、ポンプ２０１の上主面に露出し、流路板２１２’の上面に貼り付けている。カバー板２１１’は、ポンプ２０１の上主面に開口する流路孔２３１’を有している。流路孔２３１’は、円形状であり、流路板２１２’の開口部２３４’（ポンプ室）と連通していて、本実施形態においては外部空間に気体を排気する排気口である。
【０１２８】
圧電素子２１６は、円板状であり、振動板２１５の中央部２２１の下面に貼り付けて積層している。圧電素子２１６の上面は、振動板２１５を介して、第１の外部接続端子２２５に電気的に接続している。
【０１２９】
圧電素子２１６’は、円板状であり、振動板２１５の中央部２２１の上面に貼り付けて積層している。圧電素子２１６’の下面は、振動板２１５を介して第１の外部接続端子２２５に電気的に接続している。
【０１３０】
給電板２１７は、ここでは先端が屈曲した梁状であり、先端が圧電素子２１６の下面にはんだ付け等されて、圧電素子２１６の下面と機械的および電気的に接続されている。また、給電板２１７の後端は、振動板２１５の下面側溝２２６を通過して外部まで延びている。また、給電板２１７’は、ここでは先端が給電板２１７とは逆方向に屈曲した梁状であり、先端が圧電素子２１６’の上面にはんだ付け等されて、圧電素子２１６’の上面と機械的および電気的に接続されている。また、給電板２１７’の後端は、振動板２１５の上面側溝２２６’を通過して外部まで延びている。
【０１３１】
絶縁層２１４は、絶縁性粒子を含む接着剤からなり、給電板２１７を下面側溝２２６の内部に固定する。絶縁層２１４’は、絶縁性粒子を含む接着剤からなり、給電板２１７’を上面側溝２２６’の内部に固定する。
【０１３２】
図１５（Ａ）は、振動板２１５と圧電素子２１６，２１６’（圧電素子２１６は不図示）と給電板２１７，２１７’と絶縁層２１４，２１４’との積層体を示す斜視図である。図１５（Ｂ）は、絶縁層２１４，２１４’の周囲を拡大して示す斜視図である。
【０１３３】
枠部２２２の上面側溝２２６’と下面側溝２２６との内部には、それぞれ絶縁層２１４’と絶縁層２１４とが塗布され、上面側溝２２６’と下面側溝２２６との内部は埋められている。絶縁層２１４’と絶縁層２１４とのそれぞれには、内部を通過するように給電板２１７，２１７’が配されている。これにより、給電板２１７，２１７’は振動板２１５および第１の外部接続端子２２５と導通することなく、外部に引き出されている。これにより、給電板２１７，２１７’の後端は、第２の外部接続端子として機能する。
【０１３４】
また、絶縁層２１４，２１４’は、それぞれ絶縁性を有する接着剤からなり、該接着剤には非導電性粒子が混合されている。したがって、給電板２１７，２１７’と振動板２１５との間には、非導電性粒子の粒径以上の厚みで絶縁層２１４，２１４’が確実に存在する。
【０１３５】
なお、絶縁層２１４，２１４’は、非導電性粒子を含まなくてもよいが、その場合には、給電板２１７，２１７’や振動板２１５の、上面側溝２２６’または下面側溝２２６の内部に露出する位置に、絶縁材料をコーティングした絶縁被膜を設けたり、酸化膜を設けるようにすることが望ましい。このようにしても、給電板２１７，２１７’と振動板２１５および第１の外部接続端子２２５とが導通することを確実に防ぐことができる。
【０１３６】
以上のように構成されたポンプ２０１においては、図１４に示したカバー板２１１の流路孔２３１から、圧電素子２１６，２１６’を駆動することで外部の気体が吸気される。そして、気体が、カバー板２１１の流路孔２３１から流路板２１２の開口部２３２、流路２３５、および開口部２３３と、対向板２１３の流路孔２３７とを介してポンプ室に流れることになる。また、同時に、カバー板２１１の流路孔２３１から流路板２１２の開口部２３２と、対向板２１３の流路孔２３６と、振動板の流路孔２４０と、対向板２１３’の流路孔２３６’と、流路板２１２’の開口部２３２’、流路２３５’、および開口部２３３’と、対向板２１３’の流路孔２３７’と、を介して、流体が平行してポンプ室に流れることになる。そして、ポンプ室から、カバー板２１１’の流路孔２３１’を介して外部に流体が排気されることになる。
【０１３７】
したがって、本実施形態のポンプおよび流体制御装置においても、振動板の上下双方に対向板の流路孔を設けることができ、吸気流量の更なる増加と、ポンプ効率の更なる改善とを図ることができる。また、外部から気体を吸気する吸気口と外部に気体を排気する排気口とを、それぞれ一つにまとめることができ、装置の設置自由度が高まり、効率よく気体を吸気および排気することが可能になる。
【０１３８】
以上の各実施形態に示すように、本発明は実施することができるが、本発明はそれ以外の実施形態でも実施することができる。例えば、上述の各実施形態では、駆動体として面内方向に伸びや縮みが生じる圧電素子を利用する例を示したが、本発明は、この例に限られるものではない。例えば、電磁駆動で振動板を屈曲振動するようにしてもよい。また、上述の各実施形態では、圧電素子をチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスで構成する例を示したが、本発明は、この例に限られるものではない。例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム系及びアルカリニオブ酸系セラミックス等の非鉛系圧電体セラミックスの圧電材料などから圧電素子を構成してもよい。
【０１３９】
また、上述の各実施形態では、連結部に設ける打撃部を連結部の周囲よりも局所的に幅広で、下面側に突出する形状にする例を示したが、本発明は、この例に限られるものではない。例えば、打撃部の幅や打撃部の厚みが、連結部の他の部位と同じであってもよい。
【０１４０】
また、上述の各実施形態では、圧電素子および振動板の中央部の径や、打撃部および可動部の径を、それぞれ近い大きさにする例を示したが、本発明は、この例に限られるものではない。例えば、圧電素子よりも振動板の中央部のほうを十分に大きくしてもよい。また、打撃部や可動部の一方を他方よりも十分に大きくしてもよい。また、上述の各実施形態では、圧電素子や振動板の中央部、打撃部等を円形状とする例を示したが、本発明は、この例に限られるものではない。例えば、圧電素子や振動板の中央部、打撃部等は、矩形状や多角形状であってもよい。
【０１４１】
また、上述の各実施形態では、振動板に４つの連結部や４つの打撃部を設け、対向板に４つの流路孔や可動部を設ける例を示したが、本発明は、この例に限られるものではない。圧電素子や振動板の中央部、打撃部等は、矩形状や多角形状であってもよい。例えば、連結部や打撃部、対向板の流路孔、可動部等は、２箇所や、３箇所、あるいは、５箇所以上に設けるようにしてもよい。
【０１４２】
また、上述の各実施形態では、振動板を３次共振モードで振動させるように交流駆動信号の周波数を定める例を示したが、本発明は、これに限るものではない。例えば、流体制御部を５次共振モードや７次共振モードなどで振動させるように、交流駆動信号の周波数を定めてもよい。
【０１４３】
また、上述の各実施形態では、流体として気体を用いる例を示したが、本発明は、これに限るものではない。例えば、当該流体が、液体、気液混合流、固液混合流、固気混合流などであってもよい。また、上述の各実施形態では、対向板に設ける流路孔を介してポンプ室に流体を吸引する例を示したが、本発明は、これに限るものではない。例えば、対向板に設ける流路孔を介してポンプ室から流体を吐出するようにしてもよい。対向板に設ける流路孔を介して流体を吸引するか吐出するかは、打撃部と可動部との振動の差分における進行波の方向に応じて定まる。
【０１４４】
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１４５】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，７１，８１，９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃ，２０１…ポンプ
２…筐体
３，４…外部接続端子
５，６…主面
１１，１１’，１１Ａ，２１１，２１１’…カバー板
１２，１２’，１２Ａ，２１２，２１２’…流路板
１３，１３’，１３Ａ，６１，２１３，２１３’…対向板
１４，１４’，２１４，２１４’…接着層
１５，１５’，２１５…振動板
１６，１６’，２１６，２１６’…圧電素子
１６Ｂ，１６Ｃ，１６D，１６Ｄ…積層板
１７…絶縁板
１７Ａ…金属板
１８，２１７，２１７’…給電板
１９…スペーサ板
２０…蓋板
２１，２２１…中央部
２２，２２２…枠部
２３，２４，２５，２６，２２３…連結部
２７…内部給電端子
３１，３２，３３，３４，３１’，３２’，３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３９，３９’，４０，４０’，４１，４２，５０，７３，７５，２３１，２３１’，２３６，２３７，２３６’，２３７’，２４０…流路孔
３５，３６，３５’，３６’，３７，３８，３９’、４０’，３５Ｂ，３６Ｂ，３７Ｂ，３８Ｂ，３９Ａ，４０Ａ，４１Ａ，４２Ａ，４３，４４，４５，４６，４７，４８，４９，７４，９１，９２，９３，９４，９７，２３２，２３３，２３４，２３２’，２３３’，２３４’，２３８，２３８’，２３９…開口部
３５Ａ，３６Ａ，３７Ａ，３８Ａ，９６，２３５，２３５’…流路
３５Ｃ，３６Ｃ，３７Ｃ，３８Ｃ…延出部
５１…ポンプ室
５２…筐体
５３，５４，５５，５６，７２，９４，２２４…打撃部
５７…可動部
５８…拘束部
５９…流体制御部（流体制御装置）
６２，６３，６４，６５…流路孔集合部
２２５…外部接続端子
２２６…下面側溝
２２６’…上面側溝
【要約】
ポンプ（１）は、中央部（２１）と枠部（２２）と連結部（２３〜２６）とを有する振動板（１５）と、中央部（２１）に積層しており中央部（２１）から連結部（２３〜２６）にかけて同心円状に屈曲振動させる圧電素子（１６）と、枠部（２２）に積層しており連結部（２３〜２６）に間隔を空けて対向する対向板（１３）と、を備え、振動板（１５）は、中央部（２１）と連結部（２３〜２６）とのそれぞれに振動の腹が生じる共振モードを有しており、対向板（１３）は、連結部（２３〜２６）に対向する位置に、流体が流れる複数の流路孔（３９〜４３）を有している。【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図４】
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【図１２】
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【図１３】
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