(57)【要約】【課題】  圧電体に対する電気配線の耐久性及び信頼性に優れ且つ配線ショートを防止でき、良好な振動作用が得られる圧電振動子及びその配線方法を得る。【解決手段】  導電性金属板からなるシムの表裏の少なくとも一方に圧電体を積層し、このシムと圧電体の露出面との間に交互に正負電位を与えることにより振動する圧電振動子において、圧電体の露出面は、該露出面に導通接続されるリード導体を絶縁樹脂材料中に一部埋入したＦＰＣカバーで覆われており、このＦＰＣカバーには、リード導体の端部を圧電体の露出面側に露出させ、且つ、該露出させたリード導体の端部と圧電体の露出面との間に隙間を生じさせる開口が形成されていて、この開口に露出したリード導体の端部の一部と圧電体の露出面とが金属接合部材を介して接合されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性金属板からなるシムの表裏の少なくとも一方に圧電体を積層し、このシムと圧電体の露出面との間に交互に正負電位を与えることにより振動する圧電振動子において、
前記圧電体の露出面は、該露出面に導通接続されるリード導体を絶縁樹脂材料中に一部埋入したＦＰＣカバーで覆われており、
このＦＰＣカバーには、前記リード導体の端部を前記圧電体の露出面側に露出させ、且つ、該露出させたリード導体の端部と前記圧電体の露出面との間に隙間を生じさせる開口が形成されていて、
この開口に露出したリード導体の端部の一部と前記圧電体の露出面とが金属接合部材を介して接合されていることを特徴する圧電振動子。
【請求項２】
請求項１記載の圧電振動子において、前記リード導体の表面にはメッキが施されており、前記金属接合部材は、前記リード導体の表面のメッキが溶融して形成されている圧電振動子。
【請求項３】
請求項１または２記載の圧電振動子において、前記リード導体と前記圧電体の露出面との接合部は、前記圧電体の周縁に設けられている圧電振動子。
【請求項４】
導電性金属板からなるシムの表裏の少なくとも一方に圧電体を積層し、このシムと圧電体の露出面との間に交互に正負電位を与えることにより振動する圧電振動子の配線方法において、
メッキ処理を表面に施したリード導体を絶縁樹脂材料中に一部埋入し、該リード導体の端部を前記圧電体の露出面側に露出させる開口を設けたＦＰＣカバーを準備する工程、
このＦＰＣカバーを前記圧電体の露出面に接着し、前記開口に露出したリード導体の端部を前記圧電体の露出面に対向させる工程、及び、
前記開口に露出したリード導体の端部を前記ＦＰＣカバーの絶縁樹脂材料の上から押圧し、この押圧状態で加熱することにより、該リード導体の端部表面のメッキを溶融させ、このメッキにより該リード導体の端部と前記圧電体の露出面とを接合する工程、
を有することを特徴とする圧電振動子の配線方法。
【請求項５】
請求項４記載の圧電振動子の配線方法において、押圧治具を用いて、前記開口に露出したリード導体の端部の押圧及び加熱を同時に行なう圧電振動子の配線方法。
【請求項６】
請求項４または５記載の圧電振動子の配線方法において、接合した前記リード導体の端部と前記圧電体の露出面との間には、前記メッキによる金属接合部及び前記開口により、隙間を生じさせる圧電振動子の配線方法。
【請求項７】
請求項４ないし６のいずれか一項に記載の圧電振動子の配線方法において、前記開口は円形開口である圧電振動子の配線方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電圧印加により振動する圧電振動子及びその配線方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
板状の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は、圧電振動子によって可変容積室を形成し、この可変容積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（可変容積室への流体流を許す逆止弁と可変容積室からの流体流を許す逆止弁）を設けている。圧電振動子を振動させると、可変容積室の容積が変化し、この容積変化に伴い一対の逆止弁の一方が閉じて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。このような圧電ポンプは、薄型にでき、例えば水冷ノート型パソコンの冷却水循環ポンプとして用いられる。
【０００３】
圧電振動子は、圧電体を、シム（導電性金属薄板）の表裏の少なくとも一方に積層してなっている。圧電体はその表裏方向に分極特性が与えられていて、表裏間に、この分極方向と同一方向または逆方向の正負極性を与えると、一方の表面積が拡大し他方の表面積が縮小する性質がある。このため、圧電体の表裏に与える正負極性を交互に反転させると、表裏の一方が延びて他方が縮むサイクルが繰り返され、シムが振動する。
【特許文献１】特開平４−３２６５７９号公報
【特許文献２】実開昭６３−１３８７２２号公報
【特許文献３】実開平４−１２６４２０号公報
【特許文献４】実開平７−４２１５４号公報
【特許文献５】実開平７−３９１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電振動子では、圧電体に対する電気配線構造が問題となっている。特に、シムの表裏面にそれぞれ圧電体を備えるバイモルフ型の圧電振動子においては、共通電極となるシムへの配線は比較的容易であっても、シム表裏の圧電体に対して電気配線を如何にして行うかが難しい。従来は、シム表裏の圧電体の露出面に対してリード線を個別に接続し、この個別配線を外部で結線していた。しかしながら、リード線を圧電体の露出面に直接接続すると、シムの振動により、リード線が断線しやすく、また、リード線が接続部外で接触してショートを起こす等の不具合が生じる。また配線作業性も悪い。一方、導電性樹脂により圧電体の露出面の略全面にリード導体を接着する配線構造も従来知られているが、この場合には、シムの振動により導電性樹脂及びリード導体が疲労又は劣化して破壊する虞があるため耐久性及び信頼性が低く、さらに、シムの可撓性が犠牲にされて良好な振動を得にくくなる。
【０００５】
本発明は、以上の問題意識に基づき、圧電体に対する電気配線の耐久性及び信頼性に優れ且つ配線ショートを防止でき、良好な振動作用が得られる圧電振動子及びその配線方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ＦＰＣ（フレキシブル配線回路基板）を利用してリード導体を浮かせた姿勢で配設すればシムの振動を吸収しやすいこと、リード導体を局部的に接合すればシムの可撓性を妨げないこと、及び、リード導体を金属接合すれば配線信頼性が高いことに着眼したものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、導電性金属板からなるシムの表裏の少なくとも一方に圧電体を積層し、このシムと圧電体の露出面との間に交互に正負電位を与えることにより振動する圧電振動子において、圧電体の露出面は、該露出面に導通接続されるリード導体を絶縁樹脂材料中に一部埋入したＦＰＣカバーで覆われており、このＦＰＣカバーには、リード導体の端部を圧電体の露出面側に露出させ、且つ、該露出させたリード導体の端部と圧電体の露出面との間に隙間を生じさせる開口が形成されていて、この開口に露出したリード導体の端部の一部と圧電体の露出面とが金属接合部材を介して接合されていることを特徴としている。
【０００８】
リード導体の表面にはメッキが施されており、金属接合部材は、リード導体の表面のメッキが溶融して形成されていることが好ましい。
【０００９】
リード導体と圧電体の露出面との接合部は、圧電体の変形による影響が小さい位置、具体的に例えば圧電体の周縁に設けられていることが好ましい。この態様によれば、リード導体と圧電体の露出面との接合部が該圧電体の変形及びシムの可撓性を妨げずに済み、且つ、リード導体の受ける金属疲労が低減されて耐久性を向上させることができる。
【００１０】
また本発明は、導電性金属板からなるシムの表裏の少なくとも一方に圧電体を積層し、このシムと圧電体の露出面との間に交互に正負電位を与えることにより振動する圧電振動子の配線方法において、メッキ処理を表面に施したリード導体を絶縁樹脂材料中に一部埋入し、該リード導体の端部を圧電体の露出面側に露出させる開口を設けたＦＰＣカバーを準備する工程、このＦＰＣカバーを圧電体の露出面に接着し、上記開口に露出したリード導体の端部を圧電体の露出面に対向させる工程、及び、開口に露出したリード導体の端部をＦＰＣカバーの絶縁樹脂材料の上から押圧し、この押圧状態で加熱することにより、該リード導体の端部表面のメッキを溶融させ、このメッキにより該リード導体の端部と圧電体の露出面とを接合する工程を有することを特徴としている。
【００１１】
押圧治具を用いて、開口に露出したリード導体の端部の押圧及び加熱を同時に行なうことが好ましい。押圧動作と加熱動作を同時に行なえば、製造工程が容易になる。
【００１２】
接合したリード導体の端部と圧電体の露出面との間には、メッキによる金属接合部及び開口により、隙間を生じさせることが好ましい。この隙間が存在することで、ＦＰＣカバーによりリード導体の端部は圧電体の露出面から浮上（離間）した状態に保持され、該リード導体の端部(接合部)で圧電体の振動を吸収することができる。これにより、リード導体の端部は圧電体の変形に追従しやすくなり、また、リード導体の端部に加わる金属疲労が軽減されて耐久性が高まる。
【００１３】
ＦＰＣカバーの開口は円形開口とすることができる。この態様によれば、開口に露出したリード導体の端部をＦＰＣカバーの絶縁樹脂材料の上から押圧する際に、押圧力が全方位（開口中心から周方向）に向けて均等に加わるので、該押圧力によりＦＰＣカバーを変形させやすく、リード導体の端部を確実に接合することができる。これにより、リード導体の接合信頼性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧電体に対する電気配線の耐久性及び信頼性に優れ且つ配線ショートを防止でき、良好な振動作用が得られる圧電振動子及びその配線方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明による圧電振動子を用いた圧電ポンプの一例を示している。ハウジング１０は、アッパハウジング１０ａとロアハウジング１０ｂからなり、アッパハウジング１０ａとロアハウジング１０ｂの間に、圧電振動子１１がＯリング１９を介して液密に狭着支持されている。圧電振動子１１の厚さは誇張して描いているが、実際の厚みは１．５ｍｍ未満である。アッパハウジング１０ａには、この圧電振動子１１との間に可変容積室１２を形成する凹部１３が形成されている。
【００１６】
アッパハウジング１０ａには、冷却水（液体）の入口ポート１４Ａと出口ポート１４Ｂが開口していて、入口ポート１４Ａには入口側液溜室１５Ａに連通し、出口ポート１４Ｂは出口側液溜室１５Ｂに連通している。入口側液溜室１５Ａと可変容積室１２の間、出口側液溜室１５Ｂと可変容積室１２の間にはそれぞれ隔壁１６Ａ、１６Ｂが位置しており、この両隔壁１６Ａ、１６Ｂにアンブレラ（逆止弁）１７Ａ、１７Ｂが設けられている。アンブレラ１７Ａは、入口ポート１４Ａ（入口側液溜室１５Ａ）から可変容積室１２への流体流を許してその逆の流体流を許さず、アンブレラ１７Ｂは、可変容積室１２から出口ポート１４Ｂ（出口側液溜室１５Ｂ）への流体流を許してその逆の流体流を許さない逆止弁である。
【００１７】
以上の圧電ポンプは、圧電振動子１１が正逆に弾性変形すると、可変容積室１２の容積が拡大する行程では、アンブレラ１７Ａが開いてアンブレラ１７Ｂが閉じるため、入口ポート１４Ａ（入口側液溜室１５Ａ）から可変容積室１２内に液体が流入する。一方、可変容積室１２の容積が縮小する行程では、アンブレラ１７Ｂが開いてアンブレラ１７Ａが閉じるため、可変容積室１２から出口ポート１４Ｂ（出口側液溜室１５Ｂ）に液体が流出する。したがって、圧電振動子１１を正逆に連続させて弾性変形させる（振動させる）ことで、ポンプ作用が得られる。
【００１８】
圧電振動子１１は、図２に模式的に示すように、中心部の円形のシム１１１と、シム１１１の表裏に積層形成した圧電体１１２と、シム１１１の表裏に位置する環状のスペーサ絶縁リング１１５とを有している。
【００１９】
シム１１１は、導電性の金属薄板材料、例えば厚さ０．２ｍｍ程度のステンレス薄板から構成され、径方向に突出する配線接続突起１１４を有している。配線接続突起１１４には、その幅方向の両側に対称に、リード線の抜け止め抵抗を高める一対のリード線掛止凹部１１４ａ、１１４ｂが形成されており、該一対のリード線掛止凹部１１４ａ、１１４ｂよりも内方に、半田付け用貫通孔１１４ｃが形成されている。半田付け用貫通孔１１４ｃには、第１リード線２１が一方のリード線掛止凹部１１４ｂに掛止められた状態で半田付けされる。他方のリード線掛止凹部１１４ａには、第２リード線２２及び第３リード線２３が掛止められる。本実施形態では、第２リード線２２を圧電体１１２の一方に接続し、第３リード線２３により圧電体１１２の一方と他方とを接続しているが、第２リード線２２と第３リード線２３を圧電体１１２の一方と他方にそれぞれ接続し、この第２リード線２２と第３リード線２３とを圧電振動子１１の外部で接続させる態様であってもよい。
【００２０】
圧電体１１２は、例えば厚さ０．３ｍｍ程度のＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3）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。この分極処理は、シム１１１の表裏に位置する一対の圧電体１１２において互いに同一方向である。つまり、図２において、一対の圧電体１１２の分極方向を矢印ａまたはｂで表すと、シム１１１の厚さ方向に同一方向の分極処理が施されている。一対の圧電体１１２のシム１１１側の面は、該シム１１１と全面的に導通するように接着され、シム１１１側と反対の露出面には、全面的に膜状電極１１３が形成されている。この膜状電極１１３は、例えば導電ペースト（銀ペースト）を印刷（スクリーン焼成）することで形成することができる。膜状電極１１３の材料や形成方法は周知である。
【００２１】
スペーサ絶縁リング１１５は、その径方向に延びてシム１１１の配線接続突起１１４の表面又は裏面に接触するストリップ状絶縁板材１１５ａを有し、シム１１１と配線接続突起１１４との短絡を防止する。
【００２２】
以上の圧電振動子１１は、バイモルフ型の圧電振動子として知られており、シム１１１を一方の共通電極とし、一対の圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）を他方の共通電極として交流電界を与えると、表裏の一方が伸び他方が縮む動作を繰り返す（振動する）。
【００２３】
本実施形態は、圧電振動子１１の一対の圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）への配線構造に特徴を有しており、ＦＰＣカバー２００に設けたリード導体３００を用いて膜状電極１１３へ配線している。ＦＰＣカバー２００は、圧電振動子１１の表裏面に一対で備えられ、配線用のリード導体３００を備えた配線回路基板としての機能と、圧電振動子１１の表裏面カバーとしての機能とを両方兼ね備えている。
【００２４】
図３及び図４は圧電体１１２に接着する前のＦＰＣカバー２００を単体で示す斜視図及び部分拡大断面図であり、図５はＦＰＣカバー２００を圧電振動子１１の表裏面にそれぞれ接着した状態を示す模式断面図である。
【００２５】
ＦＰＣカバー２００は、図４に示されるように多層構造をなし、圧電体１１２の露出面に対応する円形カバー部２００Ａと該円形カバー部２００Ａの径方向に突出する配線接続部２００Ｂを構成するベースフィルム２０１と、円形カバー部２００Ａに対応するカバーフィルム２０２と、ベースフィルム２０１とカバーフィルム２０２を接着する弾性接着層２０３、２０４と、カバーフィルム２０２と圧電体１１２の露出面を接着する粘着層２０５と、圧電体１１２への接着時に剥がされる離型紙２０６とを有している。ベースフィルム２０１及びカバーフィルム２０２は例えばポリイミド等の絶縁樹脂材料により形成され、弾性接着層２０３、２０４及び粘着層２０５は、樹脂接着剤により形成されている。図３の黒塗部分は、配線接続部２００Ｂであり、粘着層２０５が設けられていない。
【００２６】
リード導体３００は、弾性接着層２０３を介してベースフィルム２０１の上に、配線接続部２００Ｂから円形カバー部２００Ａの周縁部に直線状に延ばして備えられる。このリード導体３００は、配線接続部２００Ｂ側では表面に露出する一方、円形カバー部２００Ａ側では、ベースフィルム２０１及びカバーフィルム２０２を構成する例えばポリイミド等の絶縁樹脂材料中に埋入されていて、圧電体１１２の露出面(膜状電極１１３)との接合部外での配線ショートを防止している。リード導体３００の露出面にはメッキが施されている。本実施形態では金属メッキであって例えば半田メッキ３０１が用いられており、この半田メッキ３０１により酸化防止されている。リード導体端部３００Ｂには、第２リード線２２及び第３リード線２３の少なくとも一方が半田付けされている（図２参照）。
【００２７】
上記ＦＰＣカバー２００には、圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）に接着する側の面にリード導体端部３００Ａを露出させ、且つ、該ＦＰＣカバー２００を圧電体１１２の露出面に接着したときに該圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）とリード導体端部３００Ａの間に隙間（空間）を生じさせる、円形開口２０７が形成されている。円形開口２０７は、リード導体端部３００Ａ及びその周囲の上方に存在する弾性接着層２０４から離型紙２０６までを除去してなる。リード導体３００は、金属接合部材３０２を介し、円形開口２０７に露出したリード導体端部３００Ａで圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）に接合している。このリード導体３００と圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）との接合部は、圧電体１１２の変形による影響が小さい周縁部に局所的に設けられており、シム１１１の可撓性及び圧電体１１２の変形を妨げない。本実施形態の金属接合部材３０２は、リード導体３００の露出面を覆う半田メッキ３０１を溶融及び再固化させたものであり、確実にリード導体３００を接合することができる。リード導体端部３００Ａを含むリード導体３００は、上記金属接合部材３０２、円形開口２０７及びＦＰＣカバー２００により圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）から浮いた姿勢で保持され、圧電体１１２の変形（シム１１１の振動）を吸収して該変形（振動）に追従しやすくなっている。
【００２８】
次に、図６〜図７を参照し、圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）とＦＰＣカバー２００に設けたリード導体３００との配線方法について説明する。
【００２９】
先ず、図６に示すように、ＦＰＣカバー２００の離型紙２０６を剥がし、粘着層２０５を介してＦＰＣカバー２００を圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）に接着する。これにより、ＦＰＣカバー２００の円形開口２０７に露出したリード導体端部３００Ａは、圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）に対向する。この状態では、円形開口２０７によりリード導体端部３００Ａと圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）との間に隙間が生じており、リード導体３００は圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）から離間している。
【００３０】
次に、図７に示すように、例えば半田こて４００などの押圧治具を用いて、ＦＰＣカバー２００のベースフィルム２０１の上から、リード導体端部３００Ａを押圧及び加熱する。すると、押圧及び加熱されたリード導体端部３００Ａの表面の半田メッキ３０１が溶融し、この溶融した半田メッキ３０１がリード導体端部３００Ａと圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）とを電気的に接合する。この接合状態で半田メッキ３０１が再固化し、金属接合部材３０２を形成する。金属接合部材３０２及びＦＰＣカバー２００により、リード導体端部３００Ａは圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）から浮いた状態で保持される。本実施形態では半田こて４００を用いてリード導体端部３００Ａの押圧及び加熱を同時に行なっているが、押圧と加熱は別工程で行ってもよい。
【００３１】
以上のように本実施形態では、ＦＰＣカバー２００内のリード導体端部３００Ａが、圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）から浮いた姿勢で該圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）に局所的に接合している。これにより、リード導体３００の接合部（リード導体端部３００Ａ）は、圧電体１１２の変形に追従しやすく、該圧電体１１２の変形及びシム１１１の可撓性を妨げずに済む。また、圧電体１１２の変形によりリード導体端部３００Ａが受ける金属疲労が軽減され、リード導体３００の断線事故が少なくなり、リード導体３００の耐久性及び信頼性が高まる。また本実施形態では、リード導体端部３００Ａが金属接合部材３０２を介して圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）に接合されているので、絶縁樹脂接着剤を用いて接合する場合よりも、配線接続の信頼性が向上する。さらに本実施形態のリード導体３００は、配線接続部２００Ｂ及び円形開口２０７以外ではＦＰＣカバー２００の絶縁樹脂材料中（ベースフィルム２０１、カバフィルム２０２）に埋入されているので、接合部（リード導体端部３００Ａ）以外で圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）に接触することがなく、該接合部外での配線ショートを防止可能である。
【００３２】
以上の説明から明らかなように、本発明は圧電振動子１１の一対の圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）に対する配線構造及び配線方法を要旨としている。したがって、圧電振動子１１自体の構成を問わない。例えば、圧電振動子は、シムの表裏面のいずれか一方に圧電体を備えるモノモルフ型や圧電体を積層構造として駆動電圧を下げたもの等が知られており、本発明はこれらの圧電振動子（圧電体）も当然に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の圧電振動子を用いた圧電ポンプの概略構成を示す断面図である。
【図２】圧電振動子の概略構成を示す分解斜視図である。
【図３】圧電体に接着する前のＦＰＣカバーを単体で示す斜視図である。
【図４】図３に示すＦＰＣカバーの断面図である。
【図５】一対の圧電体の露出面（膜状電極）とリード導体との接合状態を示す断面図である。
【図６】圧電体の露出面（膜状電極）とリード導体との配線方法の一工程を示す断面図である。
【図７】圧電体の露出面（膜状電極）とリード導体との配線方法の一工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１ 圧電振動子
１１１    シム
１１２    圧電体
１１３    膜状電極
１１４    配線接続突起
２００    ＦＰＣカバー
２００Ａ  円形カバー部
２００Ｂ  配線接続部
２０１    ベースフィルム（絶縁樹脂材料）
２０２    カバーフィルム（絶縁樹脂材料）
２０３    弾性接着層
２０４    弾性接着層
２０５    粘着層
２０６    離型紙
２０７    円形開口
３００    リード導体
３００Ａ  リード導体端部(接合部)
３０１    半田メッキ
３０２    金属接合部材
４００    半田こて
【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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