(57)【要約】【課題】円板状のシムと圧電体とを外径基準でなく重ね合わせて接着することができ、圧電体の外周研磨が不要で、接着位置決め治具と製造される圧電振動子が接着されるおそれがない製造方法を得る。【解決手段】接着位置決め治具に形成した円形凹部内に、それぞれ少なくとも１枚の円板状のシムと、円板状の圧電体とを挿入し、両者の間に接着樹脂を介在させて接着する圧電振動子の製造方法において、接着位置決め治具の円形凹部内に挿入するシムと圧電体のうち、１枚のシムの円形凹部内での同心性を保証するために、３つの小突起を形成し、他のシム及び圧電体は、径方向のクリアランスを生じさせた非外径基準で、円形凹部内に挿入して接着する製造方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接着位置決め治具に形成した円形凹部内に、それぞれ少なくとも１枚の導電性金属薄板からなる円板状のシムと、円板状の圧電体とを挿入し、両者の間に接着樹脂を介在させて接着する圧電振動子の製造方法において、
上記円板状のシムの周縁に、上記接着位置決め治具の円形凹部内に嵌めることのできる突出量の少なくとも３つの小突起を形成するステップ；
上記円板状圧電体の外径を、上記３つの小突起の外接円より小径に形成するステップ；
上記円板状シムを円形凹部内に挿入し、その小突起を除く円板状シムと円形凹部の内周面との間にクリアランスを設定するステップ；及び
上記円板状圧電体を、径方向のクリアランスを生じさせた非外径基準で、円形凹部内に挿入し、接着樹脂を介して円板状シムに接着するステップ；
を有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の圧電振動子の製造方法において、円板状シムと円板状圧電体は、交互に積層される複数が存在し、該複数の円板状シムのうちの１枚の円板状シムのみに上記少なくとも３つの小突起が形成されており、他の円板状シムの外径は、上記３つの小突起の外接円より小径に形成されている圧電振動子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の圧電振動子の製造方法において、円板状シムの外径と円板状圧電体の外径は同一呼び径である圧電振動子の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項記載の圧電振動子の製造方法において、小突起を除いた円板状シムの外径と円板状圧電体の外径は５０ｍｍ以下であり、小突起の突出量は１ｍｍ以下である圧電振動子の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項記載の圧電振動子の製造方法において、円板状圧電体には、該圧電体の平面形状を正しい円形にするための外周研磨が施されていない圧電振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば圧電ポンプに用いる圧電振動子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電ポンプは、周縁を液密に保持した圧電振動子の表裏に、ポンプ室と大気室を形成し、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（ポンプ室への流体流を許す逆止弁とポンプ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、ポンプ室の容積が変化し、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。
【０００３】
圧電振動子は、導電性金属薄板からなるシムの片面に圧電体を積層したユニモルフ型と、両面に圧電体を積層したバイモルフ型とが知られているが、少なくとも１枚の導電性金属薄板からなる円板状のシムと、少なくとも１枚の円板状の圧電体とを接着樹脂を介して積層接着する点では同一構造である。
【特許文献１】特開平9-191670号公報
【特許文献２】特開平9-130654号公報
【特許文献３】特開平6-245555号公報
【特許文献４】特開平6-153536号公報
【特許文献５】特開2006-187114号公報
【特許文献６】特開2004-335554号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この圧電振動子は従来、接着位置決め治具に形成した円形凹部内に、それぞれ導電性金属薄板からなる円板状のシムと、円板状の圧電体とを挿入し、両者の間に接着樹脂を介在させて接着して形成している。従来にあっては、シムと圧電体は最小のクリアランスで円形凹部内に嵌めること、すなわち円板状のシムと圧電体は共に外径基準で円形凹部内に嵌めることが要求されていた。
【０００５】
しかし、外径基準には次の問題がある。圧電体は、圧電グリーンシートを平面円形に型抜きし単層もしくは複数層重ねて焼成し、この焼成体の表裏面に電極層を形成した後、この表裏面の電極層を利用して分極処理を施すことにより形成している。この焼成及び分極処理の工程で、変形が避けられず、正しい平面円形形状が維持されない。このため外径基準で圧電体を円形凹部内に嵌めるには、分極処理後に、外径を研磨して正しい平面円形に加工する工程が不可欠であった。
【０００６】
のみならず、円形凹部と圧電体（及びシム）とのクリアランスは、可及的に小さく設定されているため、シムと圧電体との間に介在させる接着樹脂が円形凹部の内面全周にはみ出し、製造された圧電振動子が接着位置決め治具に接着してしまったり、圧電振動子の側面に接着樹脂が付着し、付着した接着樹脂が圧電振動子の振動に悪影響を与えるおそれがあった。
【０００７】
本発明は、以上の問題意識に基づき、円板状のシムと圧電体とを外径基準でなく重ね合わせて接着することができ、圧電体の外周研磨が不要で、接着位置決め治具と製造される圧電振動子が接着されるおそれがない製造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】
【０００８】
本発明は、外径基準の考え方を見直し、シムと圧電体の中心が若干ずれたとしても振動性能に与える不利益は小さく、一方、外径基準でなければ、圧電体の外周研磨工程が不要となって製造コストを下げることができることに着眼してなされたものである。
【０００９】
本発明は、接着位置決め治具の円形凹部内に挿入する金属製のシムと圧電体のうち、１枚の金属製のシムについて円形凹部との同心性を保証すれば、このシムに対して偏心したあるいは正しい円形でないいびつの圧電体を接着しても、振動性能に対する影響のない圧電振動子が得られるとの知見に達して本発明を完成したものである。
すなわち、本発明は、接着位置決め治具に形成した円形凹部内に、それぞれ少なくとも１枚の導電性金属薄板からなる円板状のシムと、円板状の圧電体とを挿入し、両者の間に接着樹脂を介在させて接着する圧電振動子の製造方法において、円板状のシムの周縁に、上記接着位置決め治具の円形凹部内に嵌めることのできる突出量の少なくとも３つの小突起を形成するステップ；円板状圧電体の外径を、上記３つの小突起の外接円より小径に形成するステップ；円板状シムを円形凹部内に挿入し、その小突起を除く円板状シムと円形凹部の内周面との間にクリアランスを設定するステップ；及び円板状圧電体を、径方向のクリアランスを生じさせた非外径基準で、円形凹部内に挿入し、接着樹脂を介して円板状シムに接着するステップ；を有することを特徴としている。
【００１０】
ここで接着樹脂とは非導電性の接着樹脂や導電性接着樹脂等を含むものである。少なくとも３つの小突起を有する円板状シムは、その小突起によって円形凹部内での同心性及び外周のクリアランスが保証される。圧電体の外径は、この小突起の外接円より小径であるので、特別な外周研磨は不要であり、また、接着樹脂がはみ出したとしても、円形凹部の内周面全部に同時に付着することはない。シムは金属製であるから、プレス成形によって小突起を有する円形に容易に成形することができる。
【００１１】
円板状シムと円板状圧電体の枚数はそれぞれ最低１枚であるが、交互に積層される複数が存在する圧電振動子では、該複数の円板状シムのうちの１枚の円板状シムのみに少なくとも３つの小突起を形成し、他の円板状シムの外径は、３つの小突起の外接円より小径に形成する。より具体的には、小突起を有するシムの小突起を除いた外径と同一径に形成する。
【００１２】
円板状圧電体には、該圧電体の平面形状を正しい円形にするための外周研磨を施さない。そして、小突起を除いた円板状シムの外径（小突起を持たない円板状シムの外径）の外径と円板状圧電体の外径は同一呼び径とするのが実際的である。
【００１３】
具体的な寸法例を上げると、小突起を除いた円板状シムの外径と円板状圧電体の外径は５０ｍｍ以下であり、小突起の突出量は１ｍｍ以下である。従って接着用位置決め治具の円形凹部の内径は、５２ｍｍ以下である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、接着位置決め治具に形成した円形凹部内に、それぞれ少なくとも１枚の導電性金属薄板からなる円板状のシムと、円板状の圧電体とを挿入し、両者の間に接着樹脂を介在させて接着する圧電振動子の製造方法において、円板状のシムと圧電体とを外径基準でなく重ね合わせて接着することができ、圧電体の外周研磨が不要で、接着位置決め治具と製造される圧電振動子が接着されるおそれがない製造方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図５ないし図７は、本発明が対象とする圧電振動子１０を有する圧電ポンプ２０の一例を示している。この圧電ポンプ２０は、図示下方から順に積層したロアハウジング２１、ミドルハウジング２２及びアッパハウジング２３を有している。
【００１６】
ロアハウジング２１には、冷却水（液体）の吸入ポート２４と吐出ポート２５が開口している。ミドルハウジング２２とアッパハウジング２３の間には、一対の環状狭着部材（Ｏリング２７、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とミドルハウジング２２との間にポンプ室Ｐを構成している。圧電振動子１０とアッパハウジング２３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。
【００１７】
ロアハウジング２１とミドルハウジング２２には、吸入ポート２４とポンプ室Ｐを連通させる吸入流路３０、及びポンプ室Ｐと吐出ポート２５を連通させる吐出経路３１がそれぞれ形成されており、ミドルハウジング２２には、この吸入流路３０と吐出流路３１にそれぞれ逆止弁（アンブレラ）３２、３３が設けられている。逆止弁３２は、吸入ポート２４からポンプ室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であり、逆止弁３３は、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である。図示実施形態の逆止弁３２、３３は、同一の形態であり、流路に接着もしくは溶着固定される穴あき基板３２ａ、３３ａに、弾性材料からなるアンブレラ３２ｂ、３３ｂを装着してなっている。
【００１８】
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、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からポンプ室Ｐ内に液体が流入する。一方、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、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。
【００１９】
本発明は、例えば以上のように用いられる圧電振動子１０の製造方法を対象としている。図１ないし図４について、本実施形態の圧電振動子１０の製造方法を説明する。本実施形態の圧電振動子１０は、図１の接合状態、図２の分解状態に示すように、メインシム（接液シム）１１、下部圧電体１２、中間シム１３及び上部圧電体１４を積層接着して構成されている。以下の説明では、具体的な数字を上げるがこれらは一例である。メインシム１１と中間シム１３は、厚さ３０〜３００μｍ程度のステンレスや４２アロイ等からなる導電性金属薄板であり、プレス加工によって成形されている。メインシム１１には、径方向に突出したリード線接続突起１１ａが形成されている。中間シム１３には、その外周に９０゜間隔で４個の径方向の小突起１３ａが形成されている。メインシム１１のリード線接続突起１１ａを除く外径ｄ及び中間シム１３の小突起１３ａを除く外径ｄはともに２６ｍｍφである。小突起１３ａの突出量は、１ｍｍもしくは０．５ｍｍであり、小突起１３ａの外接円径Ｄは２８ｍｍφである。メインシム１１の外径ｄは、小突起１３ａの外接円径Ｄより小さい。
【００２０】
下部圧電体１２と上部圧電体１４は、圧電グリーンシートを所定形状に平面円形に型抜きし単層もしくは複数層重ねて焼成し、この焼成体の表裏面に電極層を形成して、この表裏面の電極層を利用して分極処理を施すことにより形成されている。下部圧電体１２と上部圧電体１４の分極方向は、直列接続の場合は逆方向、並列接続の場合は同方向である。下部圧電体１２の外径ｄは２６ｍｍφ、上部圧電体１４の外径ｄ’は、下部圧電体１２の外径ｄより小径の２４ｍｍφである。下部圧電体１２と上部圧電体１４は、以上の成形、焼成、分極処理の後、外周面に研磨加工を施していない。従って、一般的に歪みが発生しており、正確な平面円形ではないが、その呼び径は、いずれも小突起１３ａの外接円径Ｄより小さい。別言すると、小突起１３ａの突出量は、下部圧電体１２と上部圧電体１４の歪みを見越し、予想できる大きさの歪みが発生しても、小突起１３ａの外接円径Ｄ内に下部圧電体１２と上部圧電体１４の全てが収まるように設定する。下部圧電体１２と上部圧電体１４の厚さは、例えば５０〜１００μｍ程度である。また、圧電体を一層で形成し、いわゆるユニモルフ形状とし、メインシム１１に小突起１３ａを形成する場合は、圧電体の厚さを５０μｍ以上とし必要に応じて６００μｍ以下までの厚さで形成する。
【００２１】
図３に単体形状を示す接着位置決め治具１５には、円形凹部内１６が形成されており、円形凹部１６の周面一部には、メインシム１１のリード線接続突起１１ａを嵌める凹部１６ａが形成されている。円形凹部１６の内径Ｄは、小突起１３ａを有する中間シム１３が挿入できる２８ｍｍである。
【００２２】
以上のメインシム１１ないし上部圧電体１４は、接着位置決め治具１５の円形凹部１６内に挿入され、互いの対向面に導電性接着樹脂を介在させて積層接着される。まずメインシム１１は、リード線接続突起１１ａを凹部１６ａに位置させて、円形凹部１６内に嵌める。円形凹部１６の内径Ｄ（２８ｍｍφ）に対して、メインシム１１の外径ｄ（２６ｍｍφ）は十分小さく、メインシム１１の外周と円形凹部１６の内周面との間にはマクロにみて十分大きいクリアランスが存在する。次にメインシム１１上に下部圧電体１２を嵌めると、下部圧電体１２はメインシム１１と同径であるので、同様に円形凹部１６の内周面との間には十分なクリアランスが存在する。すなわち、メインシム１１と下部圧電体１２は、非外径基準で、マクロに見て十分なクリアランス（遊び）をもって円形凹部１６に嵌められる。従って、仮に接着剤がはみ出しても、メインシム１１と下部圧電体１２の全周が円形凹部１６に接着することがない。
【００２３】
次に、円形凹部１６内に下部圧電体１２に重ねて中間シム１３を嵌めると、中間シム１３には小突起１３ａが存在し、小突起１３ａの外接円径Ｄは円形凹部１６の内径Ｄと同じなので、メインシム１１と下部圧電体１２に比して高い同心性で円形凹部１６内に保持される。勿論、中間シム１３の小突起１３ａの外接円径Ｄと円形凹部１６の内径Ｄとは、両者が必ず嵌合できるように公差を設定する。このように中間シム１３を円形凹部１６に嵌めると、該中間シム１３の外周面と円形凹部１６の内周面との間に、メインシム１１（下部圧電体１２）の外周面と円形凹部１６の内周面とのクリアランスに比して、より均一な幅の環状のクリアランスの存在を保証できる。つまり、メインシム１１（下部圧電体１２）は円形凹部１６内で、大きく偏心した位置に位置する可能性がある（高い）のに対し、中間シム１３は偏心せずに（小さい偏心で）円形凹部１６内に保持される。
【００２４】
最後に、中間シム１３の上に上部圧電体１４を重ねる。上部圧電体１４は中間シム１３より小径であり、上部圧電体１４上の位置は目視できるので、可及的に上部圧電体１４の中心に中間シム１３を載置し非外径基準で重ねることができる。そして、以上のようにメインシム１１、下部圧電体１２、中間シム１３及び上部圧電体１４を重ねた状態において、各層の間に予め介在させた非導電性の接着樹脂もしくは導電性接着樹脂層を介してこれらの各層が積層接着され、圧電振動子１０が得られるなお、非導電性の接着樹脂を使用する場合は、メインシム１１、中間シム１３と上部、下部圧電体１２、１４との電気的導通を確実に確保するために加圧して樹脂を硬化させる。この場合、メインシム１１、中間シム１３に接着剤を塗布すると反応がすぐに進み硬化するため、接着樹脂は上部、下部圧電体１２、１４にのみ接着樹脂を塗布する。
【００２５】
以上の製造方法によると、メインシム１１、下部圧電体１２及び上部圧電体１４は、円形凹部１６内に非外径基準で嵌められるので、高い外径精度が求められない。一方、その分だけ、メインシム１１、下部圧電体１２及び上部圧電体１４は、円形凹部１６内で遊ぶ可能性があるが、中間シム１３の円形凹部１６内での同心精度は、小突起１３ａによって保証されており、この中間シム１３に対して、メインシム１１、下部圧電体１２及び中間シム１３が接着されるので、製造された圧電振動子１０の振動性能には大きな影響がない。図４には、円形凹部１６内で（中間シム１３に対して）最大に偏心したメインシム１１と下部圧電体１２を描いている。
【００２６】
なお、下部圧電体１２と上部圧電体１４の分極方向が同一方向の並列接続の場合は、メインシム１１と上部圧電体１４を導通させて中間シム１３との間に交番電界を与え、下部圧電体１２と上部圧電体１４の分極方向が逆方向の直列接続の場合には、メインシム１１と上部圧電体１４に交番電界を与えるが、本発明は、圧電振動子１０に対する給電構造は問わない。前述したように圧電体が一層のユニモルフタイプとする場合は、メインシム１１に小突起１３ａを形成しても良い。
【００２７】
接着位置決め治具１５の円形凹部１６には、中間シム１３の小突起１３ａの位置を決める小突起１３ａの突出量よりも浅い溝を形成してもよい。また、小突起１３ａは、圧電振動子１０を例えば圧電ポンプ２０に組み込む際の位置基準として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明が対象とする圧電振動子単体の斜視図である。
【図２】図１の圧電振動子の接着前の分解斜視図である。
【図３】圧電振動子のシムと圧電体を接着するために用いる接着位置決め治具の斜視図である。
【図４】同接着位置決め治具にシムと圧電体を挿入した状態を示す平面図である。
【図５】本発明が対象とする圧電振動子を用いた圧電ポンプの一例を示す平面図である。
【図６】図５のVI-VI線に沿う断面図である。
【図７】同圧電ポンプの分解斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  圧電振動子
１１  メインシム
１１ａ  リード線接続突起
１２  下部圧電体
１３  中間シム
１３ａ  小突起
１４  上部圧電体
１５  接着位置決め治具
１６  円形凹部
１６ａ  凹部
【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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