(57)【要約】【課題】導電性金属薄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てなる圧電振動子と、この圧電振動子の周縁を液密にして可変容積室を形成するハウジングとを有し、この圧電振動子のシムと圧電体との間に交番電流を印加し該圧電振動子を振動させてポンプ作用を得る圧電ポンプにおいて、圧電振動子に対する電気配線の耐久性及び信頼性に優れた圧電ポンプを得る。【解決手段】圧電振動子に対して交番電流を与えるための給電手段を、絶縁被覆中に、シム用給電線と圧電体用給電線とを埋設した給電ＦＰＣから構成し、このシム用給電線と圧電体用給電線とを、シムと圧電体にそれぞれ直接導通接続させた圧電ポンプ。「直接」とは、給電ＦＰＣ中の給電線を別体としての端子を用いることなく接続することを意味する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性金属薄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てなる圧電振動子と、この圧電振動子の周縁を液密にして可変容積室を形成するハウジングとを有し、この圧電振動子のシムと圧電体との間に交番電流を印加し該圧電振動子を振動させてポンプ作用を得る圧電ポンプにおいて、
上記圧電振動子に対して交番電流を与えるための給電手段を、絶縁被覆中に、シム用給電線と圧電体用給電線とを埋設した給電ＦＰＣから構成し、このシム用給電線と圧電体用給電線とを、上記シムと圧電体にそれぞれ直接導通接続させたことを特徴とする圧電ポンプ。
【請求項２】
請求項１記載の圧電ポンプにおいて、上記給電ＦＰＣと上記ハウジングにはそれぞれ、該給電ＦＰＣのシム用給電線と圧電体用給電線をそれぞれシムと圧電体に接続した状態において、自由状態よりもたるみを与えて該給電ＦＰＣの延長方向の位置を規制する位置規制部が形成されている圧電ポンプ。
【請求項３】
請求項２記載の圧電ポンプにおいて、上記給電ＦＰＣの位置規制部は、該給電ＦＰＣの幅方向の両端部に位置させてその絶縁被覆に形成した一対の凹部または凸部からなり、上記ハウジングの位置規制部は、この一対の凹部または凸部に嵌まる一対の凸部または凹部からなる圧電ポンプ。
【請求項４】
請求項２記載の圧電ポンプにおいて、上記給電ＦＰＣの絶縁被覆は、上記位置規制部より圧電振動子側において、シム用給電線を含むシム接続部と圧電体用給電線を含む圧電体接続部とに分断されており、このシム接続部の絶縁被覆に、弾性変形を容易にする幅狭部が形成されている圧電ポンプ。
【請求項５】
請求項４記載の圧電ポンプにおいて、上記幅狭部内のシム用給電線は、該幅狭部内において他の部分より幅狭とされている圧電ポンプ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項記載の圧電ポンプにおいて、上記圧電振動子はシムの表裏にそれぞれ圧電体を有し、上記給電ＦＰＣの圧電体接続部は、自由状態で同一面に露出する一対の圧電体接続端部を有し、この一対の圧電体接続端部は、該給電ＦＰＣの絶縁被覆を折り曲げた状態で上記シムの表裏の圧電体に導通接続されている圧電ポンプ。
【請求項７】
ハウジング内に支持された振動子に対し、該振動子に固定された給電接続部を有する給電ＦＰＣを介して給電する振動子に対する配線構造において、
上記給電ＦＰＣと上記ハウジングにそれぞれ給電ＦＰＣの延長方向の位置を規制する位置規制部が形成されており、この位置規制部は、上記給電接続部と該位置規制凹凸部との間の給電ＦＰＣに、自由状態よりもたるみを与えていることを特徴とする振動子に対する配線構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子を用いた圧電ポンプに対する配線構造に関し、さらに一般に振動子に対する配線構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄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、圧電振動子と該圧電振動子の周縁を固定する別体の固定部材と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ている。
【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。
【０００４】
【特許文献１】特開平４-２６９５４７号公報
【特許文献２】特開平６-１２１５６０号公報
【特許文献３】特開平８-１８２３５５号公報
【特許文献４】特開２００２-２０８１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような圧電ポンプでは、圧電振動子に対する電気配線構造が問題となっている。すなわち、圧電振動子は、部分的に大小はあるものの全体が振動するため、どこに電気配線を施しても振動の影響を受けやすい。本出願人は、既に、長期の接続信頼性を得るための圧電振動子に対する電気配線構造を提案した（特願２００４-２９２９６０号、特願２００４-３３９７８６号）が、改良の余地がある。
【０００６】
本発明は、以上の問題意識に基づき、圧電振動子に対する電気配線の耐久性及び信頼性に優れた圧電ポンプを得ることを目的とする。
また本発明は、広く接続信頼性に優れた振動子に対する配線構造を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、導電性金属薄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てなる圧電振動子と、この圧電振動子の周縁を液密にして可変容積室を形成するハウジングとを有し、この圧電振動子のシムと圧電体との間に交番電流を印加し該圧電振動子を振動させてポンプ作用を得る圧電ポンプにおいて、圧電振動子に対して交番電流を与えるための給電手段を、絶縁被覆中に、シム用給電線と圧電体用給電線とを埋設した給電ＦＰＣから構成し、このシム用給電線と圧電体用給電線とを、シムと圧電体にそれぞれ直接導通接続させたことを特徴としている。「直接」とは、給電ＦＰＣ中の給電線を別体としての端子を用いることなく接続することを意味する。
【０００８】
給電ＦＰＣとハウジングにはそれぞれ、該給電ＦＰＣのシム用給電線と圧電体用給電線をそれぞれシムと圧電体に接続した状態において、自由状態よりもたるみを与えて該給電ＦＰＣの延長方向の位置を規制する位置規制部を形成することが望ましい。繰り返し振動を与えても、給電線の接続部に対する負荷を与えず、優れた耐久性を得ることができる。
【０００９】
この給電ＦＰＣの位置規制部は、具体的には例えば、該給電ＦＰＣの幅方向の両端部に位置させてその絶縁被覆に形成した一対の凹部または凸部から構成し、上記ハウジングの位置規制部は、この一対の凹部または凸部に嵌まる一対の凸部または凹部から構成することができる。
【００１０】
給電ＦＰＣの絶縁被覆は、位置規制部より圧電振動子側において、シム用給電線を含むシム接続部と圧電体用給電線を含む圧電体接続部とに分断し、このシム接続部の絶縁被覆に、弾性変形を容易にする幅狭部を形成することが好ましい。
【００１１】
この幅狭部の弾性変形をさらに容易にするため、幅狭部内のシム用給電線を、該幅狭部内において他の部分より幅狭とすることが望ましい。
【００１２】
圧電振動子として、シムの表裏にそれぞれ圧電体を有するバイモルフ型を用いるときには、給電ＦＰＣの圧電体接続部には、自由状態で同一面に露出する一対の圧電体接続端部を設け、この一対の圧電体接続端部を、該給電ＦＰＣの絶縁被覆を折り曲げた状態でシムの表裏の圧電体に導通接続させることができる。
【００１３】
本発明は、より一般的に、ハウジング内に支持された振動子に対し、該振動子に固定された給電接続部を有する給電ＦＰＣを介して給電する振動子に対する配線構造においては、給電ＦＰＣとハウジングにそれぞれ、給電ＦＰＣの延長方向の位置を規制する位置規制部を形成し、この位置規制部によって、給電接続部と該位置規制凹凸部との間の給電ＦＰＣに、自由状態よりもたるみを与えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧電振動子に対する電気配線の耐久性及び信頼性に優れた圧電ポンプを得ることができる。またより一般的に、接続信頼性に優れた振動子に対する配線構造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、圧電ポンプの概念構成の一例を模式的に示している。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から構成され、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は、圧電振動子１１の周縁を閉曲線で固定する周縁固定部１３を有し、この周縁固定部１３及びＯリング１９を介して圧電振動子１１をロアハウジング１０ｂとの間に液密に挟持する。周縁固定部１３及びＯリング１９の内側は、圧電振動子１１との間に可変容積室１２を形成する凹部となっている。
【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円形の圧電体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１１３と、表裏の圧電体１１２とスペーサ絶縁リング１１３の表面を覆う絶縁保護フィルム１１４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１１１ａと、圧電体用給電線支持突起１１１ｂとを有している。
【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、全面的に膜状電極が形成されている。膜状電極は、例えば導電ペースト（金ペースト）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。膜状電極は圧電体１１２のシム１１１側の面にも形成することができ、この膜状電極を用いれば容易に全面導通をとれる。膜状電極の材料や形成方法は周知である。
【００２１】
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）。
【００２２】
圧電振動子１１に対する給電手段としての給電ＦＰＣ２０は、図３ないし図７に示すように、ポリイミド樹脂（絶縁樹脂）からなる絶縁皮膜２１中に、銅箔（導電体）からなるシム用給電線（配線パターン）２２と圧電体用給電線（配線パターン）２３を埋設してなっている。この給電ＦＰＣ２０は、直線状部２０ａの一端（圧電振動子１１との接続端）に、分断溝２０ｂで分断されたシム接続部２０ｃと圧電体接続部２０ｄを有している。シム用給電線２２と圧電体用給電線２３は、直線状部２０ａ内を平行に延びており、シム用給電線２２は、直線状部２０ａからシム接続部２０ｃ内に延び、その先端部においては、表裏の絶縁被覆２１のうち一方（配線接続突起１１１ａとの対向面の反対側の面）を除去したシム接続端部２２ａを構成している（図５参照）。一方、圧電体接続部２０ｄは、給電ＦＰＣ２０の延長方向に対して傾斜して左右（両側）に延びる傾斜分岐部２０ｅを有しており、圧電体用給電線２３は、直線状部２０ａ、圧電体接続部２０ｄからさらに傾斜分岐部２０ｅ内に延び、傾斜分岐部２０ｅの両先端部に表裏の絶縁被覆２１のうちの一方を除去して形成した一対の圧電体接続端部２３ａを備えている（図４参照）。これらのシム接続端部２２ａと圧電体接続端部２３ａは、図３、図６に示すように、給電ＦＰＣ２０の自由（平面）状態で、同一の面に露出している。図３、図６においては、表を向いているシム接続端部２２ａと圧電体接続端部２３ａを実線のハッチングで示し、裏（下）を向いているそれを破線のハッチングで示している。また、給電ＦＰＣ２０の他端部には、図３に示すように、シム用給電線２２と圧電体用給電線２３を露出させた給電端子２２ｂと２３ｂが形成されている。
【００２３】
この給電ＦＰＣ２０の圧電振動子１１に対する導通接続は次のように行う。シム接続端部２２ａは、図６、図７に示すように、絶縁被覆２１を内側にして折り返し、その折り返し状態でシム接続端部２２ａを配線接続突起１１１ａに接触させて半田２５（図７）により半田付けする。このように、絶縁被覆２１を内側にして折り返した状態でシム接続端部２２ａを半田付けすると、シム用給電線２２の端部の機械的強度を高めることができる。一方、一対の圧電体接続端部２３ａは、該一対の圧電体接続端部２３ａを内側にして傾斜分岐部２０ｅをＵ字状に折り曲げ（折り返し）、導電性接着剤２９（図７）を介して表裏の圧電体１１２に接着する。傾斜分岐部２０ｅのＵ字状折曲部内には、シム１１１の圧電体用給電線支持突起１１１ｂが位置し、傾斜分岐部２０ｅの過度の変形を防止する。絶縁保護フィルム１１４は、この圧電体接続端部２３ａの接着後に、給電ＦＰＣ２０の傾斜分岐部２０ｅを覆い圧電体１１２と絶縁スペーサリング１１３に跨らせて付着させる。給電端子２２ｂと２３ｂは、交番電流給電回路に接続される。
【００２４】
給電ＦＰＣ２０の絶縁被覆２１には、シム接続部２０ｃと圧電体接続部２０ｄの分岐部に位置させて一対の位置決め凹部２４が形成されている。また、ハウジング１０（ロアハウジング１０ｂ）には、図８、図１０に示すように、給電ＦＰＣ２０を収納する収納溝２６内に対向させて、この一対の位置決め凹部２４が係合する位置決め凸部２７が形成されている。図１０は、図１に模式的に示した圧電ポンプをより具体的にしたもので、図１の構成要素と同一の構成要素には、同一の符号を付している。図１０のＯリングは、平面Ｄ型形状の変形Ｏリング１２Ｘであり、圧電体接続端部２３ａはこの変形Ｏリング１２Ｘの外側に位置するように、圧電振動子１１に導通接続されている。
【００２５】
給電ＦＰＣ２０の位置決め凹部２４とロアハウジング１０ｂの位置決め凸部２７とは、シム接続端部２２ａを配線接続突起１１１ａに接続し、圧電体接続端部２３ａを圧電体１１２に接続した圧電振動子１１を圧電ポンプにセットした状態において、給電ＦＰＣ２０に自由状態よりもたるみＦを与える作用をする。図９（ａ）は、位置決め凹部２４と位置決め凸部２７によって給電ＦＰＣ２０に与えられるたるみ（弛み）Ｆを模式的に誇張して描いたものである。このように給電ＦＰＣ２０に鎖線で描いた自由（平板）状態よりも大きいたるみＦを与えると、圧電振動子１１の振動が長期に渡って繰り返されても、シム用給電線２２や圧電体用給電線２３が断線するおそれがない。特に、シム用給電線２２は、直線状のシム接続部２０ｃ内に設けられているため、振動による断線のおそれが高いので、たるみによる断線防止効果が高い。
【００２６】
また、図示実施形態では、給電ＦＰＣ２０のシム接続部２０ｃの絶縁被覆２１には、一対の位置決め凹部２４より圧電振動子１１側に位置させて、弾性変形を容易にする幅狭部２０ｆ（図３、図６）が形成されている。さらに、この幅狭部２０ｆ内のシム用給電線２２は、他の部分より幅狭の幅狭給電線２２’とされていて、弾性変形が容易となっている。なお、図９（ａ）におけるたるみ（弛み）Ｆは、図９（ｂ）に示すように幅狭部２０ｆに折り目を付けて形成した折り曲げ部３０によって与えても良い。
【００２７】
図示実施形態では、シム接続端部２２ａの表面が圧電体接続端部２３ａの表面と同一の面に露出しており（図３、図６）、絶縁被覆２１を内側にして折り返した状態で配線接続突起１１１ａの下面に半田付けされているが、シム接続端部２２ａの表裏面は逆としてもよい。シム接続端部２２ａの表裏面を図示実施形態と逆にする場合、すなわち、シム接続端部２２ａの裏面が圧電体接続端部２３ａの表面と同一の面に露出する場合は、絶縁被覆２１を内側にして折り返した状態で配線接続突起１１１ａの上面に接触させて半田により半田付けする。
【００２８】
以上の実施形態では、シム接続端部２２ａを配線接続突起１１１ａに半田２５で導通接続し、一対の圧電体接続端部２３ａを導電性接着剤２９を介して表裏の圧電体１０２に導通接続したが、本発明は、導通接続手段を問うものではない。
【００２９】
上記各実施形態は、シム１１１の表裏面の双方に圧電体１１２を備えたバイモルフ型の圧電振動子１１用の電気接続端子に本発明を適応した実施形態であるが、圧電振動子１１自体の構成は問わない。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にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の対象とする圧電ポンプの概念構成の一例を示す模式図である。
【図２】図１の圧電ポンプの圧電振動子の分解斜視図である。
【図３】圧電振動子に対する給電ＦＰＣの一実施形態を示す平面展開図である。
【図４】図３のIV-IV線に沿う断面図である。
【図５】図３のV-V線に沿う断面図である。
【図６】図３ないし図５の給電ＦＰＣを圧電振動子に導電接続する前後の要部の斜視図である。
【図７】同給電ＦＰＣを圧電振動子に導通接続した状態の断面図である。
【図８】同給電ＦＰＣを収納するハウジングの要部の斜視図である。
【図９】（ａ）ハウジングに収納された給電ＦＰＣのたるみ（弛み）を説明する模式図であり、（ｂ）ハウジングに収納された給電ＦＰＣの、幅狭部に形成した折り曲げ部によって与えられるたるみ（弛み）を説明する模式図である。
【図１０】本発明によるＦＰＣの給電構造を適用した圧電ポンプの具体的な構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  ハウジング
１１  圧電振動子
１２  可変容積室
１３  周縁固定部（固定部材）
１１１  シム
１１１ａ  配線接続突起
１１１ｂ  圧電体用給電線支持突起
１１２  圧電体
１１３  絶縁スペーサリング
１１４  絶縁保護フィルム
２０  給電ＦＰＣ
２０ａ  直線状部
２０ｂ  分断溝
２０ｃ  シム接続部
２０ｄ  圧電体接続部
２０ｅ  傾斜分岐部
２０ｆ  幅狭部
２１  絶縁被覆
２２  シム用給電線（配線パターン）
２２ａ  シム接続端部
２２’  幅狭給電線
２２ｂ  ２３ｂ  給電端子
２３  圧電体用給電線（配線パターン）
２３ａ  圧電体接続端部
２４  位置決め凹部
２５  半田
２６  収納溝
２７  位置決め凸部
２９  導電性接着剤
３０  折り曲げ部
Ｆ  たるみ
【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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