(57)【要約】【課題】圧電ポンプに用いる圧電振動子であって、圧電体に対する電気配線の耐久性及び信頼性に優れ、液密性に悪影響を与えることがなく、長期に渡る良好な振動作用が得られる圧電振動子を得る。【解決手段】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、この圧電体の表裏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、圧電体の表裏に形成した表面電極と裏面電極；シムに径方向に突出させて形成した配線突起；及び配線突起上に、互いに非導通として形成され、表面電極と裏面電極にそれぞれ導通する表面用端子と裏面用端子；を有し、 表面用端子と裏面用端子にそれぞれ外部配線が接続されている圧電振動子。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、この圧電体の表裏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、
上記圧電体の表裏に形成した表面電極と裏面電極；
上記シムに径方向に突出させて形成した配線突起；及び
この配線突起上に、互いに非導通として形成され、上記表面電極と裏面電極にそれぞれ導通する表面用端子と裏面用端子；
を有し、
上記表面用端子と裏面用端子にそれぞれ外部配線が接続されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
請求項１記載の圧電振動子において、圧電体の表面電極は、裏面電極とは非導通にして該圧電体の裏面に形成した取出電極を介して、上記表面用端子に導通している圧電振動子。
【請求項３】
請求項２記載の圧電振動子において、圧電体の表面電極と取出電極は、該圧電体の側面に形成した側面電極を介して導通している圧電振動子。
【請求項４】
請求項２記載の圧電振動子において、圧電体の表面電極と取出電極は、該圧電体の周縁部に形成したスルーホール内に形成したスルーホール電極を介して導通している圧電振動子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載の圧電振動子において、上記表面用端子と裏面用端子は、シムの配線突起上に積層形成した薄膜体からなっている圧電振動子。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項記載の圧電振動子において、圧電体の裏面電極とシムとの間には、該裏面電極に面接触する導通面と上記裏面用端子とを一体に有する中間導電層と、該中間導電層とシムとを絶縁する絶縁層とが介在している圧電振動子。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項記載の圧電振動子において、シムの配線突起の一部が、上記表面用端子を構成している圧電振動子。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項記載の圧電振動子において、シムの表裏に対称に上記圧電体を含む構造体が備えられている圧電振動子。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項記載の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を設けた圧電ポンプ。
【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該圧電振動子を有する圧電ポンプに関する。
【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（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１１-７４５７６号公報
【特許文献２】特開２００６-１４４７６１号公報
【特許文献３】特開２００６-６６７９５号公報
【特許文献４】特開２００５-２０１２３５号公報
【特許文献５】特開２００１-１９３６５５号公報
【特許文献６】実開平５-７９５７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、シム表裏の振動する圧電体に対する電気配線構造が問題となっている。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。また圧電体の表面に接続したリード線は、必ず圧電振動子の支持部(Ｏリング)を通過しなければならないため、液密性に悪影響を与え、配線作業性も悪い。
【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、液密性に悪影響を与えることがなく、長期に渡る良好な振動作用が得られる圧電振動子及び該圧電振動子を用いた長期に渡る良好なポンプ作用が得られる圧電ポンプを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、シムに径方向に突出させて形成した配線突起上に固定的に外部配線を接続する表面用端子と裏面用端子を形成し、この表面用端子と裏面用端子を圧電体の表裏の表面電極と裏面電極に導通させれば、圧電振動子の非振動部分から配線を取り出すことができるという着眼に基づいてなされたものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、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、この圧電体の表裏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、圧電体の表裏に形成した表面電極と裏面電極；シムに径方向に突出させて形成した配線突起；及び配線突起上に、互いに非導通として形成され、表面電極と裏面電極にそれぞれ導通する表面用端子と裏面用端子；を有し、 表面用端子と裏面用端子にそれぞれ外部配線が接続されていることを特徴としている。
【０００８】
圧電体の表面電極は、裏面電極とは非導通にして圧電体の裏面に形成した取出電極を介して、表面用端子に導通させることができる。この表面電極と取出電極は、圧電体の側面に形成した側面電極を介して、あるいは、圧電体の周縁部に形成したスルホール内に形成したスルホール電極を介して、互いに導通させることができる。側面電極及びスルホール電極は、圧電体の周縁を液密に保持するＯリングの外側に位置する。
【０００９】
表面用端子と裏面用端子は、シムの配線突起上に積層形成した薄膜体から構成するのが実際的である。
【００１０】
圧電体の裏面電極と裏面用端子とは、例えば、圧電体の裏面電極とシムとの間に、該裏面電極に面接触する導通面と裏面用端子とを一体に有する中間導電層と、該中間導線層とシムとを絶縁する絶縁層とを介在させて電気的に接続することができる。
【００１１】
シムは一般的に導電性であるから、シムの配線突起の一部を表面用端子としてもよい。
【００１２】
本発明の圧電振動子は、シムの表裏に対称に上記圧電体を含む構造体が備えられているバイモルフ型として構成することもできる。
【００１３】
本発明の圧電振動子は、少なくとも圧電ポンプに用いることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の圧電振動子は、圧電体の表面電極と裏面電極に対して、シムの径方向に突出する、配線突起上の表面用端子と裏面用端子を介して給電するので、給電構造が圧電体の振動の影響を受けることがすくない。このため、圧電体に対する電気配線の耐久性及び信頼性に優れ、液密性に悪影響を与えることがなく、従って長期に渡る良好な振動作用（ポンプ作用）が得られる圧電振動子及び圧電ポンプ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１２ないし図１４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、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、Ｏリング２７を介して圧電振動子１０が液密に挟着支持されていて、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を連通させる吐出流路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。
【００１８】
逆止弁３２、３３は、同一の形態であり、流路に接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。
【００１９】
以上の圧電ポンプは、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の容積が縮小する行程では、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させる（振動させる）ことで、ポンプ作用が得られる。
【００２０】
本発明は、例えば以上のような圧電ポンプ２０における圧電振動子１０に対する給電構造を特徴としている。図１ないし図９はその一実施形態である。図２、図３では、図１２から図１４の圧電ポンプ２０で示したロアハウジング２１の図示を省略し、かつミドルハウジング２２の逆止弁３２、３３の図示も省略している。
【００２１】
圧電振動子１０は、ポンプ室Ｐ側に臨むシム１１と、大気室Ａ側に臨む圧電体１２とを備えている。シム１１は、導電性の金属薄板材料、例えば厚さ５０〜３００μｍ程度のステンレス、４２アロイ等の薄板からなっており、図４、図５に示すように、円形の本体部から径方向に突出する配線突起１１ａを有している。
【００２２】
圧電体１２は、例えば厚さ５０〜３００μｍ程度のＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3）等の圧電材料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。このような圧電振動子は周知である。この圧電体１２の表裏にはそれぞれ、図４、図５に示すように、巨視的にはシム１１に対応する円形の表面電極１２ａと裏面電極１２ｂが形成されている。表面電極１２ａは、その周縁一部を径方向に延長した径方向延長電極１２ｃ、圧電体１２の側面に延びる側面電極１２ｄ及び裏面周縁に至る取出電極１２ｅを連続して有し、裏面電極１２ｂは、取出電極１２ｅを避ける（裏面電極１２ｂと取出電極１２ｅを非接触とする）切除部１２ｆ（図５）を有している。このような表面電極１２ａないし取出電極１２ｅは、例えば導電ペースト（銀ペースト）を焼成（スクリーン印刷）することで形成することができる。
【００２３】
シム１１と圧電体１２の間には、シム１１側から順に、絶縁層１３と中間導電層１４が積層状態で位置している。全体として円形をなす絶縁層１３は、シム１１の配線突起１１ａ上に延びる径方向延長部１３ａを有し、この径方向延長部１３ａに隣り合わせて、取出電極１２ｅ（切除部１２ｆ）に対応する切欠部１３ｂを有している。この切欠部１３ｂ内には、表面用端子（表面電極取出用端子）１５の内側端部が位置していて、該内側端部が取出電極１２ｅに導通している。表面用端子１５の外側端部は、絶縁層１３と同一面上において径方向延長部１３ａに隣り合わせて配線突起１１ａの上に延びている。配線突起１１ａ上での構成は、図６ないし図９に詳細に示している。
【００２４】
中間導電層１４は、裏面電極１２ｂと全面的に接触（導通）する円形部（導通面）から径方向に延びる裏面用端子（裏面電極取出用端子）１４ａを有しており、この裏面用端子１４ａは、絶縁層１３の径方向延長部１３ａの上に、表面用端子１５と平行に非接触で延びている。中間導電層１４には、取出電極１２ｅ及び表面用端子１５を避ける（非接触とする）切欠１４ｂが形成されている。これらの絶縁層１３、中間導電層１４及び表面用端子１５は、例えば、印刷、コーティング、フィルム等の技術によって形成することができる。
【００２５】
上記構成の本圧電振動子１０は、完成状態では、シム１１の配線突起１１ａの上に、膜状体からなる裏面用端子１４ａと表面用端子１５が互いに平行に非接触で延びており、裏面用端子１４ａと表面用端子１５がそれぞれ裏面電極１２ｂと表面電極１２ａに導通している。シム１１は、アッパハウジング２３とミドルハウジング２２に形成した、互いに係合する取出凹部２３ａと取出凸部２２ａの間の空間を通って外部に導かれ、外部露出端において、この裏面用端子１４ａと表面用端子１５には、外部配線１６、１７（図６）が接続されている。
【００２６】
従って、外部配線１６と１７の間に交番電流を印加すると、前述の動作原理により、圧電振動子１０が正逆に弾性変形（振動）し、ポンプ作用が得られる。
【００２７】
この振動に際し、本実施形態の圧電振動子１０は、シム１１の配線突起１１ａ上に形成されている表面用端子１５と裏面用端子１４ａを介して、圧電体１２の表面電極１２ａと裏面電極１２ｂとに給電されるため、配線接続部が振動の影響を受けることがない。
【００２８】
図１０は、本発明の別の実施形態を示している。この実施形態は、第一の実施形態の径方向延長電極１２ｃ及び側面電極１２ｄに代えて、圧電体１２の周縁にスルホール電極（スルホール内に形成した電極）１２ｔを形成したもので、表面電極１２ａと表面用端子１５とがこのスルホール電極１２ｔを介して導通している。スルホール電極１２ｔは、圧電振動子１０の周縁の液密を保持するＯリング２７の外側に位置する。
【００２９】
また、図１１は、表面用端子１５を廃止し、その代わりにシム１１の配線突起１１ａの一部を圧電体１２側に凸となるよう折り曲げて、表面電極１２ａの取出電極１２ｅに導通する折曲表面用端子１１ｂを形成した実施形態である。このようにシム１１の配線突起１１ａの一部を表面電極１２ａに導通する表面用端子として用いれば、膜構成を単純化することができる。シム１１の配線突起１１ａは、折り曲げ加工せずに、その一部を取出電極１２ｅに導通する表面用端子と用いてもよい。
【００３０】
また、以上の実施形態は、いずれもシム１１の片面に圧電体１２を設けたユニモルフ型圧電振動子に本発明を適用したものであるが、シム１１の両面に対称に上記背機構構造体を設けてバイモルフ型としてもよい。この実施形態では、表裏の一対の圧電体１２の分極方向は同一方向とし、一対の表面用端子１５を接続する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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平面図である。
【図２】図１のII-II線に沿う断面図である。
【図３】同分解斜視図である。
【図４】本発明による圧電振動子の一実施形態を示す分解斜視図である。
【図５】同図４とは反対の方向から見た背面分解斜視図である。
【図６】圧電振動子のシムの配線突起回りの拡大平面図である。
【図７】図６のVII-VII線に沿う断面図である。
【図８】図６のVIII-VIII線に沿う断面図である。
【図９】圧電振動子のシムの配線突起回りの斜視図である。
【図１０】本発明による圧電振動子の別の実施形態を示す、図７に対応する背面斜視図である。
【図１１】本発明による圧電振動子の別の実施形態を示す、図５に対応する断面図である。
【図１２】本発明の圧電振動子を用いた圧電ポンプの具体例を示す平面図である。
【図１３】図１２のII-II線に沿う断面図である。
【図１４】同分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１  圧電振動子
１１  シム
１１ａ  配線突起
１２  圧電体
１２ａ  表面電極
１２ｂ  裏面電極
１２ｃ  径方向延長電極
１２ｄ  側面電極
１２ｅ  取出電極
１２ｆ  切除部
１３  絶縁層
１３ａ  径方向延長部
１３ｂ  切欠部
１４  中間導電層
１４ａ  裏面用端子
１４ｂ  切欠
１５  表面用端子
１６  １７  外部配線
【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】
2008173546.tif 000013
【図１２】
2008173546.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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