(57)【要約】【課題】  長期間に渡り防水性を維持する薄型、高吐出圧力で、且つ温度による流量の変化が少ない屈曲振動子及びダイヤフラム型ポンプを提供することを課題とする。【解決手段】  電圧を印加することにより、屈曲変位を発生し、前記電圧の時間的変化に応じて屈曲振動する円板状或いは矩形板状といった板状の圧電振動子１６全体を金属薄膜２４ａ，２４ｂで覆い、その際、金属薄膜を圧電振動子の表面に密着させて、且つ圧電振動子の縁部に空隙２６ａが出来るように金属薄膜を圧電振動子の縁部の外側で密封する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の圧電振動子を金属薄膜で被覆してなる屈曲振動子であって、前記板状の圧電振動子は、１以上の圧電素子からなり、前記圧電素子の表面及び裏面は前記金属薄膜に密着し、前記圧電振動子の側面と前記金属薄膜で囲まれてなる空隙部を有することを特徴とする屈曲振動子。
【請求項２】
前記圧電振動子は、２枚の前記圧電素子を、接合してなる圧電バイモルフ型振動子であることを特徴とする請求項１に記載の屈曲振動子。
【請求項３】
前記圧電振動子は、２枚の前記圧電素子を、弾性板を介して接合してなる圧電バイモルフ型振動子であることを特徴とする請求項１に記載の屈曲振動子。
【請求項４】
前記圧電振動子は、１枚の前記圧電素子と、弾性板を接合してなる圧電ユニモルフ型振動子であることを特徴とする請求項１に記載の屈曲振動子。
【請求項５】
前記弾性板は、表面、裏面及び側面を有し、前記弾性板の表面または裏面の面積は、前記圧電素子の表面または裏面の面積よりも大きく、前記圧電素子と弾性板とを接合した際に生じる前記弾性板の表面または裏面の露出部の少なくとも一部に、絶縁物を介して前記金属薄膜を接合してなることを特徴とする請求項３または請求項４のいずれかに記載の屈曲振動子。
【請求項６】
前記露出部の前記圧電素子の側面に隣接する部分の少なくとも一部に１以上の溝が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の屈曲振動子。
【請求項７】
前記金属薄膜の片面が可とう性物質からなる絶縁層で覆われていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の屈曲振動子。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の屈曲振動子をダイヤフラムとすることを特徴とするダイヤフラム型ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子を利用した屈曲撓み振動を発生する屈曲振動子に関し、特にダイヤフラム型の小型ポンプなど、液体に接触する部位での使用に好適な屈曲振動子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤフラム型の小型ポンプには、ダイヤフラムとして、圧電振動子を利用した、屈曲撓み振動を発生する屈曲振動子が使用されている。圧電振動子を利用した屈曲振動子が使用される理由は、低背化が可能であるという点が挙げられる。これは屈曲振動子自体が屈曲撓み振動をするダイヤフラムとなるので、従来、ダイヤフラムをふくらませたり、へこませたりするために使用していたモーターや電磁石等の駆動源として使用されていた部品が不要となるためである。
【０００３】
また、圧電振動子を利用した屈曲振動子を使用する利点として、モーターや電磁石等の駆動源に比べて、駆動時に発生する音が小さいという点も挙げられる。屈曲振動子はモーターや電磁石等のように機械的な摺動部がないためである。
【０００４】
上記利点を有する屈曲振動子を使用したダイヤフラム型の小型ポンプは、携帯用電子機器に搭載される燃料電池の燃料供給装置や、小型電子機器における冷却用の冷却液循環装置用のポンプ等、小型化、低背化に加え、静粛性が必要とされる電子機器への利用が期待されている。
【０００５】
図１は、従来の屈曲振動子の断面図である。図１に示すように、ダイヤフラム型の小型ポンプに使用される屈曲振動子１７は、円板状の２枚の圧電素子１１ａ，１１ｂと、円板状の弾性板１２と、シリコンゴム等の可とう性物質１４とからなる。２枚の圧電素子１１ａと１１ｂとは、弾性板１２を挟むように接着され、圧電振動子１６を成す。また、屈曲振動子１７は、耐湿性が必要なので、圧電振動子１６の表面全体を可とう性物質１４で被覆し、さらに、接液面には防水シート１５が配された構造を有する。
【０００６】
図１において、リード線１３ａ，１３ｃは圧電素子１１ａと１１ｂ、リード線１３ｂは弾性板１２に接続されて、リード線１３ａ，１３ｂ，１３ｃを通じて圧電素子１１ａと１１ｂに駆動電圧を入力することで屈曲振動子１７には屈曲撓み振動が発生する。このような屈曲振動子１７を使用したダイヤフラム型の小型ポンプは特許文献１に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２６５９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のように屈曲振動子を用いたダイヤフラム型の小型ポンプにおける最大の利点は低背である。ポンプ全体のさらなる低背化には、ポンプの構成要素である液室、弁の容積を小さくし、厚さを薄くすることが考えられるが、性能を確保する上では液室や弁の薄型化は困難である。また、屈曲振動子自体をより薄くすることが考えられるが、屈曲振動子を薄くするためには、前記可とう性物質を薄くする必要がある。しかしながら、液体から屈曲振動子を保護する可とう性物質は、僅かながらも吸水透湿性があるために、使用開始から５年や１０年という長期間に渡り、防水性を維持するには、可とう性物質は厚くせざるを得ない。
【０００９】
例えば、圧電振動子の厚みを１ｍｍとした場合、表裏両方の面に、それぞれ厚さ１ｍｍ以上の可とう性物質が必要となり、屈曲振動子としては総厚が３ｍｍ以上と厚くなってしまう。また、防水性を維持するために、フッ素系樹脂などの撥水性の強い膜を接水面に形成することも提案されているが、フッ素系樹脂自体が難接着性のために長期に渡る信頼性を確保するのが困難である。従って、屈曲振動子の厚みの制約により、ダイヤフラム型ポンプ全体の厚みを薄くすることができないという問題点がある。
【００１０】
また、一般にダイヤフラム型ポンプの性能は、吐出圧力Ｐが高く、流量Ｑが多いポンプが望ましい。屈曲振動子を用いたダイヤフラム型の小型ポンプにおいて、この吐出圧力Ｐと流量Ｑを決定する要素は、吐出圧力Ｐは屈曲振動子の弾性変形時の発生力であり、流量Ｑは屈曲振動子の変位量である。発生力が大きいほど吐出圧力Ｐは高くなり、変位量が大きいほど流量Ｑは多くなる。ここで、発生力を大きくするためには、屈曲振動子を厚くし、変位量を大きくするためには屈曲振動子を薄くしなければならない。しかしながら、変位量を大きくするために屈曲振動子を構成する部材を薄くすると弾性変形時の発生力が小さくなり吐出圧力Ｐが低くなるという問題がある。
【００１１】
また、従来のダイヤフラム型ポンプに使用される屈曲振動子は、前記の如く、防水性を維持するために、保護材料を厚くしているが、厚さが厚くても、保護材料に使用される可とう性物質を柔らかい材料にすることで大きな変位量が得られ、流量Ｑが多いポンプになっている。しかし、保護材料が柔らかい材料であるために、発生力は小さくなり、厚さが厚いにもかかわらず吐出圧力は低いという問題点がある。
【００１２】
さらに、電子機器の冷却循環水の送液に用いる場合、冷却水の流路は閉鎖循環系となるため、電子機器内部の発熱、および外気温の変化に伴い冷却水の容積が変化してポンプ内にかかる圧力が変動する。このため、保護材料として可とう性物質を用いた従来の屈曲振動子は、ポンプ内にかかる圧力の温度による変化の影響を受けて、屈曲振動子の変位量が変化し、流量Ｑが安定しないという問題もあった。
【００１３】
従って、本発明は、従来技術の問題点を解決することを課題とする。具体的には、長期間に渡り防水性を維持する、薄型で流量Ｑが多く、高吐出圧力を有し、且つ温度による流量の変化が少ない屈曲振動子及びダイヤフラム型ポンプを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。即ち、本発明は、圧電振動子を金属薄膜で覆い、圧電振動子の側面に前記金属薄膜と圧電振動子の側面とで囲まれた空間を設けることをその要旨とする。
【００１５】
本発明によれば、板状の圧電振動子を金属薄膜で被覆してなる屈曲振動子であって、前記板状の圧電振動子は１以上の圧電素子からなり、前記圧電素子の表面及び裏面は前記金属薄膜に密着し、前記圧電振動子の側面と前記金属薄膜で囲まれてなる空隙部を有することを特徴とする屈曲振動子が得られる。
【００１６】
本発明による屈曲振動子は、電圧を印加することにより、屈曲変位を発生し、前記電圧の時間的変化に応じて屈曲振動する円板状或いは矩形板状といった板状の圧電振動子全体を金属薄膜で覆い、その際、金属薄膜を圧電振動子の表面に密着させて、且つ圧電振動子の縁部に空隙が出来るように金属薄膜を圧電振動子の縁部の外側で密封することにより構成される。
【００１７】
本構成による屈曲振動子は、圧電振動子表面に接合している金属薄膜が、例えば使用するポンプ等の液室に在る液体と圧電振動子とを隔離する機能を有する。従来の可とう性物質の代わりに金属薄膜を使用することで吸水透湿性がなくなり従来に比し厚みを薄くしても充分な防水効果が得られる。また、本発明による屈曲振動子は薄い圧電振動子と金属箔膜からなるので、全体としても薄くなり、大きな変位量が得られるので、大きい流量Ｑが得られ、且つ、金属薄膜は一般的にヤング率が樹脂材料よりも大きいためにダイヤフラムとして機能させた場合、剛性を有するため、発生力が増し、吐出圧力Ｐも高くなる。その結果、負荷圧力の変動に対する流量の変化が少なくなる。
【００１８】
さらに本構成では、圧電振動子の縁部に空隙を設けることで、ポンプの液室のみならず、外周側面からの湿気の進入を防止する機能を有するので、長期間に渡り、防水性を維持することができる。
【００１９】
本発明によれば、前記圧電振動子が、２枚の板状の圧電素子を接合してなる圧電バイモルフ型振動子であることを特徴とする屈曲振動子が得られる。
【００２０】
本発明による屈曲振動子に使用する圧電振動子は、例えばジルコン酸チタン酸鉛系の圧電磁器組成物からなる、２枚の円板状或いは矩形板状の圧電素子を、厚さ方向に積層して貼り合わせた圧電バイモルフ型振動子である。本発明による圧電振動子は、一方の圧電素子に伸張するような電圧を印加した時には、他方の圧電素子には収縮するような電圧を印加して、それぞれの圧電素子が伸張と収縮を交互に繰り返すように電圧を印加して、屈曲撓み変形を発生させ、ダイヤフラム型ポンプのダイヤフラムとしての機能を持たせたものである。
【００２１】
本発明によれば、前記圧電振動子が、２枚の板状の圧電素子と板状の弾性板とからなり、２枚の前記圧電素子が前記弾性板を挟むように接合してなる圧電バイモルフ型振動子であることを特徴とする屈曲振動子が得られる。
【００２２】
本発明による屈曲振動子に使用する圧電振動子は、例えばジルコン酸チタン酸鉛系の圧電磁器組成物からなる、２枚の円板状或いは矩形板状の圧電素子を、金属板、あるいはカーボン繊維やガラス繊維を含有する樹脂等の弾性を有する弾性板を挟んで、貼り合わせた圧電バイモルフ型振動子である。本発明による圧電振動子は、一方の圧電素子に伸張するような電圧を印加した時には、他方の圧電素子には収縮するような電圧を印加して、それぞれの圧電素子が伸張と収縮を交互に繰り返すように電圧を印加して、屈曲撓み変形を発生させ、ダイヤフラム型ポンプのダイヤフラムとしての機能を持たせたものである。
【００２３】
圧電振動子を変形させるためには圧電素子に前記電圧を印加しなければならないが、本構成では金属薄膜が圧電振動子の表面に接合されているので、弾性板に導電性のある材料を使用することで表面の金属薄膜と弾性板にリード線を接続してその間に電圧を印加することで圧電振動子を変形させることが可能となる。
【００２４】
本発明によれば、前記圧電振動子が、板状の圧電素子と板状の弾性板とを接合してなる圧電ユニモルフ型振動子であることを特徴とする屈曲振動子が得られる。
【００２５】
本発明による屈曲振動子に使用する圧電振動子は、例えばジルコン酸チタン酸鉛系の圧電磁器組成物からなる、円板状或いは矩形板状の圧電素子を、金属板、あるいはカーボン繊維やガラス繊維を含有する樹脂等の弾性を有する弾性板に貼り合わせた圧電ユニモルフ型振動子でもよい。本発明による圧電振動子は圧電素子に、伸張するような電圧と収縮するような電圧を交互に印加することで、撓み変形を発生させ、ダイヤフラム型ポンプのダイヤフラムとしての機能を持たせたものである。
【００２６】
本発明によれば、前記弾性板は、表面、裏面及び側面を有し、前記弾性板の表面または裏面の面積は、前記圧電素子の表面または裏面の面積よりも大きく、前記圧電素子と弾性板とを接合した際に生じる前記弾性板の表面または裏面の露出部の少なくとも一部に、絶縁物を介して前記金属箔膜を接合してなることを特徴とする屈曲振動子が得られる。
【００２７】
前記弾性板を使用した圧電バイモルフ型振動子あるいは圧電ユニモルフ型振動子においては、前記弾性板の外形を圧電素子の外形より大きくして圧電素子の縁部より延出した延出部を設けることにより、この延出部上に絶縁性を有するエポキシ接着剤等の絶縁物で金属薄膜を固定することで、圧電素子の縁部に空隙を設けることができる。弾性板と金属薄膜の接合は、絶縁性を有する接着シートまたは熱溶着可能な樹脂材料で行うが、接合材料と圧電素子との間に空間を設けて接合することで空隙をつくり、樹脂材料の吸湿による圧電振動子への影響を低減する効果を持たせている。
【００２８】
本発明によれば、前記露出部の前記圧電素子の側面に隣接する部分の少なくとも一部に１以上の溝が設けられていることを特徴とする屈曲振動子が得られる。
【００２９】
本発明による屈曲振動子は、前記弾性板を使用した圧電バイモルフ型振動子あるいは圧電ユニモルフ型振動子において、圧電素子の縁部に沿った溝を前記弾性板に設けて、前記空間の容積を増やすことで、側面からの湿度の進入をさらに防止する機能が向上する。
【００３０】
本発明によれば、前記金属薄膜の片面が可とう性物質からなる絶縁層で覆われていることを特徴とする屈曲振動子が得られる。
【００３１】
本発明による屈曲振動子は、前記金属薄膜の表面に絶縁性を有する樹脂層を設けることで、圧電振動子を変形させるために電圧を印加した際に、ポンプの筐体構成部品との電気的結合を防止すると同時に、液室の液体や湿度の影響により金属箔膜が腐食することを防止する機能を有する。また、本構成では表面に絶縁性を有する可とう性物質を接着することで圧電振動子表面と導通を持った端子を直接外部に取り出すことが出来るため、ポンプ筐体ではんだ付け部分を回避する必要が無く低背化に寄与する。
【００３２】
本発明によれば、前記屈曲振動子をダイヤフラムとすることを特徴とするダイヤフラム型ポンプが得られる。前記屈曲振動子をダイヤフラムとしてダイヤフラム型ポンプに使用することで従来得られなかった高吐出圧力で、長期間に渡り防水性を維持する薄型のダイヤフラム型ポンプとなる。
【発明の効果】
【００３３】
前記の如く、本発明によれば、長期間に渡り防水性を維持する薄型、高吐出圧力で流量が多く、且つ温度による流量の変化が少ない屈曲振動子及びダイヤフラム型ポンプの提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３５】
図２は、本発明による屈曲振動子の断面図である。本発明による屈曲振動子は、図２に示すように、その断面構造は、圧電振動子１６と金属薄膜２４ａ，２４ｂとリード線１３ｄとで構成される。
【００３６】
圧電振動子１６は、例えばジルコン酸チタン酸鉛系の圧電磁器組成物からなる、２枚の円板状或いは矩形板状の圧電素子を、厚さ方向に積層して貼り合わせた圧電バイモルフ型振動子や、２枚の円板状或いは矩形板状の圧電素子を、金属板、またはカーボン繊維やガラス繊維を含有する樹脂等、弾性を有する弾性板を挟んで、貼り合わせた圧電バイモルフ型振動子、または、円板状或いは矩形板状の圧電素子を、金属板、またはカーボン繊維やガラス繊維を含有する樹脂等、弾性を有する弾性板に貼り合わせた圧電ユニモルフ型振動子等で、撓み変形が生じる圧電振動子であれば良い。
【００３７】
金属薄膜２４ａ，２４ｂはアルミや銅等で、数μｍから数百μｍの金属薄膜であって、圧電振動子１６の全体を覆うよう構成し、金属薄膜２４ａ，２４ｂは圧電振動子１６の側面を除いた表面全体に密着している。金属薄膜２４ａ，２４ｂと圧電振動子１６は接着剤などで密着すればよい。
【００３８】
また、金属薄膜２４ａ，２４ｂの縁部は全周が閉じた構造を成すが、その際、圧電振動子１６の縁部に空隙２６ａを設けることで外部からの湿気の進入を防ぎ、湿気が直接、圧電振動子１６に触れないようにしている。図２においては、２枚の金属薄膜２４ａ，２４ｂが圧電振動子１６を上下から挟むように覆い、縁部を接着剤で密封する構造としているが、袋状の金属薄膜に圧電振動子１６を入れる構成でも良い。このとき、リード線１３ｄの引き出し口は段差が出来るため特に密封状態が完全となるように注意する必要がある。
【００３９】
この状態において、リード線１３ｄから電圧を印加することで、屈曲振動子１８は、撓み変形を生じ、ダイヤフラム型ポンプのダイヤフラムとしての機能を持つ。
【００４０】
以下、具体的な例を挙げ、本発明の屈曲振動子についてさらに詳しく説明する。
【実施例１】
【００４１】
図３は、実施例１による屈曲振動子の上面図である。また、図４は実施例１による屈曲振動子の断面図であり、図３に示す線３１における断面を示している。
【００４２】
本実施例１に示す屈曲振動子１９は、以下の構成とした。即ち、圧電素子２１ａと２１ｂは、ジルコン酸チタン酸鉛系の圧電磁器組成物からなり直径３５ｍｍ、厚さが０．４ｍｍの円板状のものを使用した。表面には銀ペーストの焼付けによって直径３３ｍｍの電極を形成した。弾性板２２は、直径３８ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍの円板状の真鍮板を用い、両面に圧電素子２１ａと２１ｂをエポキシ樹脂にて接着して圧電バイモルフ型振動子とした。
【００４３】
ここで、金属薄膜２４ａと２４ｂは、直径３７ｍｍ、厚さ５０μｍのアルミニウム箔とした。接着層２５ａ，２５ｂには、外径３７．５ｍｍ、内径３５．５ｍｍ、厚み２００μｍのリング状の熱硬化型エポキシ系接着シートを用いた。圧電素子２１ａと２１ｂの表面に直径が３３ｍｍになるように、一般的な熱硬化型エポキシ系接着剤をスクリーンで印刷した後、前記リング状の熱硬化型エポキシ系接着シートを圧電素子２１ａと２１ｂと接触しないように弾性板２２に配した上で、前記金属薄膜２４ａと２４ｂを被せて、加圧しながら１２０℃で３分間熱圧着することで、圧電素子２１ａと２１ｂの側面に空隙２６ａ，２６ｂを有する屈曲振動子１９を作製した。その後、リード線２３ａ，２３ｂ，２３ｃを金属薄膜２４ａと２４ｂの表面及び弾性板２２表面にはんだ付けした。
【００４４】
本実施例１において、重要な機能を持っているのは、前記リング状の熱硬化型エポキシ系接着シートであり、圧電素子２１ａと２１ｂと接触しないように弾性板２２に配した上で、金属薄膜２４ａと２４ｂと弾性板２２とを接着して、接着層２５ａ，２５ｂを形成した。この接着層２５ａ，２５ｂに使用する材料は、圧電素子２１ａと２１ｂに対する防湿の機能と、金属薄膜２４ａと２４ｂと弾性板２２との間の絶縁性を確保するために、エポキシ樹脂やアクリル樹脂のような高分子材料が望ましい。
【実施例２】
【００４５】
図５は、実施例２による屈曲振動子の上面図である。また、図６は、実施例２による屈曲振動子の断面図であり、図５に示す線３１における断面を示している。
【００４６】
本実施例２に示す屈曲振動子２０は、実施例１で示した屈曲振動子１９と同じ構成とし、図５に示すように、弾性板２２の４箇所に、圧電素子２１ａの縁部に沿ったスリット２７を開けた弾性板２２を使用した。スリットの幅は２ｍｍとし、弾性板２２から中央部が分離しないように継ぎ手部２９が４箇所に設けられている。このスリット２７は、接着層２５ａ，２５ｂを形成する際に、接着剤のはみ出しを吸収して、圧電素子２１ａと２１ｂの側面と接着層２５ａ，２５ｂとが接触しないようにするための機能を有する。従って、継ぎ手の数や幅は本実施例２に示した構成に限定されるものではなく、適宜設定すれば良い。
【実施例３】
【００４７】
図７は、実施例３による屈曲振動子の上面図である。また、図８は実施例３による屈曲振動子の断面図であり、図７に示す線３１における断面を示している。
【００４８】
本実施例３に示す屈曲振動子２１は、以下の構成とした。即ち、圧電素子２１ａと２１ｂは、ジルコン酸チタン酸鉛系の圧電磁器組成物からなり直径３５ｍｍ、厚さが０．４ｍｍの円板状のものを使用した。表面には銀ペーストの焼付けによって直径３３ｍｍの電極を形成した。弾性板２２は、直径３８ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍの円板状の真鍮板を用い、両面に圧電素子２１ａと２１ｂをエポキシ樹脂にて接着して圧電バイモルフ型振動子とした。
【００４９】
本実施例３では、厚さ０．２ｍｍのポリイミドの基板２８ａ，２８ｂに厚さ０．０５ｍｍの銅箔の電極パターンが形成されたものを金属薄膜２４ａ，２４ｂとして用い、接着層２５ａ，２５ｂには、外径３７．５ｍｍ、内径３５．５ｍｍ、厚み２００μｍのリング状の熱硬化型エポキシ系接着シートを用いた。圧電素子２１ａと２１ｂの表面に直径が３３ｍｍになるように、一般的な熱硬化型エポキシ系接着剤をスクリーンで印刷した後、前記リング状の熱硬化型エポキシ系接着シートを圧電素子２１ａと２１ｂと接触しないように弾性板２２に配した上で、前記金属薄膜２４ａと２４ｂの銅箔の電極パターン面を圧電素子２１ａと２１ｂの表面に被せて、加圧しながら１２０℃で３分間熱圧着して屈曲振動子２１を作製した。
【００５０】
ポリイミドの基板２８ａ，２８ｂに形成された銅箔の電極パターンは、振動子に接する部分の直径を３７ｍｍとし、幅０．８ｍｍで外部へ引き出すパターンとした。また、銅箔の電極パターンは、圧電素子２１ａと２１ｂを覆い、かつ圧電素子２１ａと２１ｂの電極と電気的に結合するので、そのまま外部端子として取り出し得るように構成すると同時に、弾性板２２より導通をとるための３線構造とした。
【００５１】
本実施例３における、ポリイミドの基板２８ａ，２８ｂは可とう性を有しているため、圧電振動子の屈曲振動を阻害することなく大きな変位、発生力が得られるとともに、外部からの湿気の進入を防ぎ、長期的な信頼性を確保する機能を有する。従って、基板２８ａ、２８ｂの材料としては、ポリイミドに限定されず、可とう性を有する、高分子系材料であれば良い。
【００５２】
ここで、比較するために、図１に示した従来の屈曲振動子も製作した。圧電素子１１ａ、１１ｂは実施例１乃至実施例３に使用したものと同じ、ジルコン酸チタン酸鉛系の圧電磁器組成物からなる、直径３５ｍｍ、厚み０．４ｍｍの円板状のものを使用した。表面に銀ペーストの焼付けによって直径３３ｍｍの電極を形成した。弾性板１２は、直径３５ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍの円板状の真鍮板を用い、両面に圧電素子１１ａと１１ｂをエポキシ樹脂にて接着して圧電バイモルフ型振動子とした。圧電素子１１ａ，１１ｂの表面と弾性板１２にリード線１３ａ，１３ｂ，１３ｃをはんだ付けして、圧電振動子１６としたものを、触媒添加により硬化するシリコン樹脂と共に深さ３ｍｍの型にいれてシリコン樹脂を硬化させて成型した。その後、防水シート１５として、厚み０．１ｍｍのＰＴＦＥシートを片面に接着して、屈曲振動子１７とした。
【００５３】
実施例１及び実施例３による屈曲振動子と、上記製作した従来の屈曲振動子の厚さを表１に示す。本実施例１及び実施例３による屈曲振動子の厚さは、従来の屈曲振動子に比べ概略半減することが解る。
【００５４】
【表１】
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【実施例４】
【００５５】
次に、実施例１乃至実施例３による屈曲振動子を用いたダイヤフラム型ポンプを製作した。図９は、実施例４によるダイヤフラム型ポンプを示す断面図である。実施例４によるダイヤフラム型ポンプは、筐体４２と実施例２による屈曲振動子４１を用いた場合を例示したものである。筐体４２の内部には、図９に示すように、隔壁５７，５８，５９で３つの空間に分割して、２つの液室４４，４５と駆動室４３を設けた。液室４４に吸入口５１を配置し、液室４５には吐出口５２を配置した。また、駆動室４３は液室４４，４５の下部に設け、隔壁５７，５８で仕切られた空間とし、屈曲振動子４１を配置し、上下からＯリング４９、５０で屈曲振動子４１の外縁部近傍に沿う部分を保持する構造とした。
【００５６】
隔壁５７，５８と、屈曲振動子４１の中央部と、Ｏリング４９で囲まれた部分は液室４８を形成する。また、隔壁５７には弁４６を配置し、隔壁５８には弁４７を配置した。弁４６，４７は、いずれもＯリング４９の内側に位置する。リード線６０は筐体４２の外へ引き出し、５０Ｈｚ、１００Ｖｒｍｓの電圧を発生する駆動回路６１に接続した。
【００５７】
実施例４によるダイヤフラム型ポンプの動作は、まず、吸入動作として、屈曲振動子４１が、図９に示す状態から下方向に凸状となる撓み変形を発生することで、液室４８の内圧が低下し、弁４６が矢印５５の方向へ開き、液室４４中の液体が、隔壁５７に開けた孔６３を通り液室４８に流れ込む。同時に吸入口５１からは、液室４４へ矢印５３の方向に外部の液体が吸入される。このとき、隔壁５８に開けた孔６２は弁４７によって塞がれた状態を維持する。
【００５８】
次に、吐出動作として、屈曲振動子４１が前記とは逆の上方向に凸状となる撓み変形を生じることで、液室４８の内圧が上昇し、弁４７が矢印５６の方向へ開き、液室４８中の液体が隔壁５８に開けた孔６２を通り液室４５に流れ出し、同時に吐出口５２から液室４５中の液体が矢印５４の方向に外部へ吐出される。このとき、隔壁５７に開けた孔６３は弁４６によって塞塞がれた状態を維持する。このように、吸入動作と吐出動作を繰り返すことで、ポンプとして機能する。
【００５９】
同様に、実施例１および実施例２の屈曲振動子を用いたダイヤフラム型ポンプも製造した（図示せず）。図１０は、実施例４によるダイヤフラム型ポンプのＰ−Ｑ特性を示すグラフである。グラフには、実施例１による屈曲振動子を使用した実施例４によるダイヤフラム型ポンプと、実施例３による屈曲振動子を使用した実施例４によるダイヤフラム型ポンプと、比較のために製作した従来品の屈曲振動子を使用した実施例４によるダイヤフラム型ポンプのＰ−Ｑ特性を評価した結果を示している。
【００６０】
評価の方法は、図９に示す吐出口５２側に流路を設け、流路を開放の状態から次第に流路を狭めていく。その際の流路内の内圧を圧力計にて測定し、その圧力を保持した状態で、一分間に流れる液体の流量を計測し記録した。駆動は、屈曲振動子４１に５０Ｈｚ、１００Ｖｒｍｓの電圧を印加した。尚、本評価には、液体として、イオン交換により、不純物を取り除いた純水を使用した。図１０に示すグラフは、横軸に流量Ｑを示し、縦軸に圧力Ｐを示している。
【００６１】
本実施例１或いは実施例３における屈曲振動子を使用したダイヤフラム型ポンプでは、いずれも従来品の屈曲振動子を使用したダイヤフラム型ポンプに比べ、圧力Ｐ、流量Ｑともに大きい値が得られた。実施例１における屈曲振動子を使用したダイヤフラム型ポンプでは流路を閉鎖した時の圧力Ｐは７０ｋＰａ、流路を開放したときの流量Ｑは２８０ｍｌ／ｍｉｎであり、実施例３における屈曲振動子を使用したダイヤフラム型ポンプでは流路を閉鎖した時の圧力Ｐは７８ｋＰａ、開放流量は２４０ｍｌ／ｍｉｎであったのに対し、従来品の屈曲振動子を使用したダイヤフラム型ポンプでは流路閉鎖時の圧力Ｐは５０ｋＰａ、流路を開放したときの流量Ｑは２００ｍｌ／ｍｉｎであった。
【００６２】
次に、前記の実施例４によるダイヤフラム型ポンプの耐久性を比較した。ダイヤフラム型ポンプの構成は、先に述べたＰ−Ｑ特性を評価したものと同じ構造とし、各構成各々について２０個ずつ作製し評価した。これを加速条件として流路を閉鎖した状態で８５℃、８５％の環境下で５０Ｈｚ、１００Ｖｒｍｓの電圧を印加して駆動して圧電振動子が液室からの液体の進入、または湿度の進入により短絡するまでの時間を比較した。
【００６３】
時間とその時間に到達するまでに短絡した圧電振動子の割合を「加速試験における短絡時間の比較」として表２に示した。従来品の構成においては５０００Ｈｒまでに大部分が短絡してしまうのに対し、本実施例による構成では１０００Ｈｒまでは短絡が無く、５０００Ｈｒに到達しても短絡したものは１，２個であったことから、本発明の構成によれば、液室からの液体の進入、または湿気の進入が抑制されていることが確認できた。
【００６４】
【表２】
2007146778.tif 000004
【００６５】
前述の如く、本発明によれば、長期間に渡り防水性を維持する薄型、高吐出圧力で、流量が多く、且つ温度による流量の変化が少ない屈曲振動子及びダイヤフラム型ポンプの提供が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明による屈曲振動子は、小型のダイヤフラムポンプとして利用でき、携帯電子機器に搭載される燃料電池の燃料供給装置や電子機器の冷却循環水の送液装置等に利用できる。また、小型のアクチュエータとしても利用可能でモータや振動装置等にも利用できる他、発音装置や音響機器等のスピーカとしての利用の可能性もある。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】従来品の屈曲振動子の断面図。
【図２】本発明による屈曲振動子の断面図。
【図３】実施例１による屈曲振動子の上面図。
【図４】実施例１による屈曲振動子の断面図。
【図５】実施例２による屈曲振動子の上面図。
【図６】実施例２による屈曲振動子の断面図。
【図７】実施例３による屈曲振動子の上面図。
【図８】実施例３による屈曲振動子の断面図。
【図９】実施例４によるダイヤフラム型ポンプの断面図。
【図１０】実施例４によるダイヤフラム型ポンプのＰ−Ｑ特性を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６８】
１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ    圧電素子
１２，２２    弾性板
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，６０    リード線
１４    可とう性物質
１５    防水シート
１６    圧電振動子
１７，１８，１９，２０，２１，４１    屈曲振動子
２４ａ，２４ｂ    金属薄膜
２５ａ，２５ｂ    接着層
２６ａ，２６ｂ    空隙
２７    スリット
２８ａ，２８ｂ    基板
２９    継ぎ手部
３１    線
４２    筐体
４３    駆動室
４４，４５，４８    液室  
４６，４７    弁
４９，５０    Ｏリング
５１    吸入口
５２    吐出口
５３，５４，５５，５６    矢印
５７，５８，５９    隔壁
６１    駆動回路
６２，６３    孔
【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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