(57)【要約】【課題】振動子とリード線との接続信頼性（耐久性）が高い配線構造を得る。【解決手段】半田付けに代えて導電性粘着材を用いることに着目する一方、導電性粘着材だけでは接続部の十分な信頼性を得ることが困難であるとの認識に基づき、接続端子と膜状電極とを導電性粘着材により粘着し、かつ、該接続端子上に、該接続端子を膜状電極に押し付ける方向の力を与える押え部材を当接させた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子の表面に形成した膜状電極に対し、リード線先端の接続端子を導通接続する振動子の配線構造において、
上記接続端子と膜状電極とを導電性粘着材により粘着し、
該接続端子上に、該接続端子を膜状電極に押し付ける方向の力を与える押え部材を当接させたことを特徴とする振動子の配線構造。
【請求項２】
請求項１記載の振動子の配線構造において、上記導電性粘着材は、導電性粘着両面テープからなる振動子の配線構造。
【請求項３】
請求項１または２記載の振動子の配線構造において、上記押え部材は、ゴム材料からなる振動子の配線構造。
【請求項４】
請求項３記載の振動子の配線構造において、上記ゴム材料は、エチレン-プロピレン-ジエンゴムからなる振動子の配線構造。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項記載の振動子の配線構造において、上記振動子は、圧電振動子である振動子の配線構造。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項記載の振動子の配線構造において、上記リード線は、ＦＰＣである振動子の配線構造。
【請求項７】
圧電振動子と、この圧電振動子との間に可変容積室を形成するハウジングと、上記圧電振動子の表面に形成された膜状電極に給電するリード線とを有し、該リード線を介して圧電振動子に給電することにより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、
上記リード線先端の接続端子と膜状電極とを導電性粘着材により粘着し、さらに、上記ハウジング側に、上記接続端子を膜状電極に押し付ける方向の力を与える押え部材を設けたことを特徴とする圧電ポンプ。
【請求項８】
請求項７記載の圧電ポンプにおいて、上記押え部材は、ハウジングと一体に成形された樹脂材料からなっている圧電ポンプ。
【請求項９】
請求項７記載の圧電ポンプにおいて、上記押え部材は、ハウジングより軟質なゴム材料から別部材として構成されており、該ハウジングに支持されている圧電ポンプ。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれか１項記載の圧電ポンプにおいて、圧電振動子は、中心部のシムと、このシムの表裏にそれぞれ圧電体を有するバイモルフ型圧電素子であり、上記リード線は、この表裏の圧電体表面に形成した膜状電極に同電位で接続されるＦＰＣである圧電ポンプ。
【請求項１１】
請求項１０記載の圧電ポンプにおいて、上記バイモルフ型圧電素子は、平面円形をなしていて、その周縁に該バイモルフ型圧電素子の全体の厚さを決定するゴム材料からなるスペーサ絶縁リングを備え、上記押え部材は、このスペーサ絶縁リングと同一のゴム材料からなっている圧電ポンプ。
【請求項１２】
請求項９または１１記載の振動子の圧電ポンプにおいて、上記ゴム材料は、エチレン-プロピレン-ジエンゴムからなる圧電ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子の配線構造及びその配線構造を備えた圧電ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
振動子を有する装置として、例えば圧電ポンプがある。圧電ポンプは、平板状の圧電振動子とハウジングの間に可変容積室を形成し、圧電振動子を振動させることにより、可変容積室の容積を変化させてポンプ作用を得ている。より具体的には、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）を設けており、圧電振動子の振動により可変容積室の容積が変化すると、それに伴い一対の逆止弁の一方が閉じ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、薄型にできる特徴を生かして、例えば水冷ノート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（導電性薄肉金属板）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、表裏の一方が伸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６-１２２２１２号公報
【特許文献２】特開平９-２２０２８７号公報
【特許文献３】特開２００１-３１３４２８号公報
【特許文献４】特開２００３-２５８５８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この圧電振動子に対する配線は従来、リード線をシム及び圧電体（表面に形成した膜状電極）に半田付けして行っていた。ところが、１ｍｍ未満（１００μｍオーダー）の振幅の振動が繰り返される圧電振動子では、長期の使用により、圧電振動子表面の膜状電極とリード線との半田付け部分で、接続不良が発生することが分かった。半田は、膜状電極にリジッドに固定されることから、微振動が繰り返されると、その固定界面に剥離が発生することが原因と考えられる。この問題は、圧電振動子に限らず、平板状の振動子で表面に電極を有する水晶等の振動子についても当てはまる。
【０００５】
本発明は、以上の問題意識に基づき、振動子とリード線との接続信頼性（耐久性）が高い配線構造を得ることを目的とする。また、本発明は、圧電振動子とリード線との接続信頼性が高い圧電ポンプ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、半田付けに代えて導電性粘着材を用いることに着目する一方、導電性粘着材だけでは接続部の十分な信頼性を得ることが困難であるとの認識に基づき、本発明に至ったものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、振動子の表面に形成した膜状電極に対し、リード線先端の接続端子を導通接続する振動子の配線構造の態様では、接続端子と膜状電極とを導電性粘着材により粘着し、かつ、該接続端子上に、該接続端子を膜状電極に押し付ける方向の力を与える押え部材を当接させたことを特徴としている。
【０００８】
導電性粘着材は、例えば、粘着材層中に導電性金属粉（例えばＮｉ粉）を混入させた導電性粘着両面テープを用いることができる。中心に金属箔（例えばＣｕ泊）を有する導線性金属箔（Ｃｕ箔）粘着両面テープを用いてもよい。これらは市販品を用いることができる。また、「粘着」とは、剥がしても再び粘着できる性質を言い、剥がすと再接着性のない「接着」と区別される。上記したような導電性粘着材は、その粘着材層の弾性を利用して、圧電振動子の振動を適度に吸収して応力の集中を防止し、圧電振動子とリード線との接続信頼性を向上させるものである。
【０００９】
押え部材は、弾力性に優れたゴム材料を用いることが好ましい。なかでも、エチレン-プロピレン-ジエンゴム（ＥＰＤＭ）がよい。
【００１０】
リード線は柔軟性の高いＦＰＣとするのが好ましい。
【００１１】
本発明は、圧電振動子と、この圧電振動子との間に可変容積室を形成するハウジングと、圧電振動子の表面に形成された膜状電極に給電するリード線とを有し、該リード線を介して圧電振動子に給電することにより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の態様では、リード線先端の接続端子と膜状電極とを導電性粘着材により粘着し、さらに、ハウジング側に、接続端子を膜状電極に押し付ける方向の力を与える押え部材を設けたことを特徴としている。
【００１２】
この態様では、押え部材は、ハウジングと一体に成形された樹脂材料から構成することも可能である。
【００１３】
圧電振動子は、中心部のシムの表裏の一方のみに圧電体を設けたユニモルフ型と、表裏の両方に設けたバイモルフ型のいずれも使用可能である。より好ましい実施態様では、バイモルフ型圧電素子を用い、リード線は、この表裏の圧電体表面に形成した膜状電極に同電位で接続されるＦＰＣとするのがよい。
【００１４】
また、平面円形をなすバイモルフ型圧電素子は、その周縁に該バイモルフ型圧電素子の全体の厚さを決定するゴム材料からなるスペーサ絶縁リングを備えることがある。このような圧電素子では、押え部材は、このスペーサ絶縁リングと同一のゴム材料から構成すると、応力の集中を避ける（両者に応力を分散させる）設計が容易であり、好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、振動子とリード線との接続信頼性（耐久性）が高い配線構造を得ることができる。圧電ポンプの圧電振動子に対する配線構造に適用すれば、信頼性の高い長寿命の圧電ポンプが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図示実施形態は、本発明を圧電ポンプに適用した実施形態であり、図１に圧電ポンプの原理図を示す。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、両ハウジング１０ａ、１０ｂにはその対向面にそれぞれ、凹部１１ａ、１１ｂと、この凹部１１ａ、１１ｂに沿うシールリング溝１２ａ、１２ｂとが形成されている。このアッパハウジング１０ａとロアハウジング１０ｂの間には、シールリング溝１２ａ、１２ｂに挿入したシールリング１３ａ、１３ｂにその表裏を当接させて圧電振動子２０が挟着され、凹部１１ａと圧電振動子２０との間に、可変容積室Ｐが形成されている。凹部１１ｂと圧電振動子２０の間にも容積可変の室が形成されるが、この室はポンプ作用を営まない。圧電振動子２０の厚さは誇張して描いているが実際の厚みは１．５ｍｍ未満であり、凹部１１ａ、１１ｂの形状もこの圧電振動子２０が沿うことができる浅い形状である。
【００１７】
アッパハウジング１０ａには、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Ｐの間、出口側液溜室１５Ｂと可変容積室Ｐ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Ｐ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Ｐ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。
【００１８】
以上の圧電ポンプは、圧電振動子２０が正逆に弾性変形（振動）すると、可変容積室Ｐ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、冷却水入口ポート１４Ａ（入口側液溜室１５Ａ）から可変容積室Ｐ内に液体が流入し、可変容積室Ｐ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Ｐから出口ポート１４Ｂ（出口側液溜室１５Ｂ）へ液体が流出する。従って、圧電振動子２０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。
【００１９】
図２ないし図６は、以上の動作原理を有する圧電ポンプをより具体的にした実施形態を示している。本実施形態の圧電振動子２０は、図２（及び図５、図６）に示すように、バイモルフ型であり、中心部の円形のシム１１１と、その表裏に積層形成した圧電体１１２とを備えている。シム１１１は、導電性の金属薄板材料、例えば厚さ０．２ｍｍ程度の４２アロイ薄板から構成する。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。別言すると、シムに接触する表裏の一対の圧電体の分極特性がそれぞれ異極となり、一対の圧電体の露出面がそれぞれ異極となっている。このように表裏の圧電体の分極特性を同一方向にすると、シムと、シム表裏の一対の圧電体の露出面との間に交互に正負電圧を与えたとき、シムの変位量を増大させることができる。
【００２０】
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（金ペースト）を印刷（スクリーン焼成）したり、良導電性の金属をスパッタリングすることで形成されている。シム１１１には、径方向に突出する配線接続突起１１４が形成されている。膜状電極１１３は、金材料から構成することで、例えば銀材料で問題となるマイグレーションの問題を回避できる。
【００２１】
円形をなすシム１１１の上下には、環状をなして圧電体１１２を囲むスペーサ絶縁リング１１５が位置している。このスペーサ絶縁リング１１５は、圧電振動子２０の全体の最大厚さを規定しており、ゴム材料（例えばＥＰＤＭ）からなっている。
【００２２】
以上の円形をなすバイモルフ型の圧電振動子２０は、シム１１１を一方の電極とし、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、交番電界が与えられる。本実施形態では、この圧電体１１２（膜状電極１１３）に対して配線するため、導電性粘着両面テープ（導電性粘着材）２１により、ＦＰＣ２２内のリード線２３先端の接続端子２３ａを粘着している。導電性粘着両面テープ２１は、市販品（例えば（株）ソニーケミカル製導電性粘着両面テープＴ４４２０Ｗ、（株）寺岡製作所製導電性銅箔両面粘着テープ８３２１、８３２２）を用いることができる。表裏の圧電体１１２（膜状電極１１３）に導通するリード線２３は互いに導通していて同電位である。また、シム１１１の配線接続突起１１４には、ＦＰＣ２２内のリード線２３と対をなすリード線２４が半田接続されている。配線接続突起１１４は、振動しないので、半田接続でよい。
【００２３】
圧電振動子２０（圧電体１１２）の表面には、以上のように導電性粘着両面テープ２１によりリード線２３を粘着した後、ＰＰＳフィルム（絶縁性フィルム）１１６（図２）が接着されている。図３及び図４では、このＰＰＳフィルム１１６を描いていない。
【００２４】
ハウジング１０ａと１０ｂには、このリード線接続端子２３ａと導電性粘着両面テープ２１の粘着位置に対応させて、押えゴム（押え部材）２５が支持されている。すなわち、ハウジング１０ａと１０ｂには、凹部２６が形成されており、この凹部２６内に押えゴム２５が嵌まっている。ハウジング１０ａと１０ｂを閉じた状態では、この押えゴム２５がリード線２３の接続端子２３ａを圧電体１１２（膜状電極１１３）に押し付ける方向の力を与える。この押えゴム２５は、圧電振動子２０のスペーサ絶縁リング１１５と同一のゴム材料（例えばＥＰＤＭ）から構成されている。圧電振動子２０は、スペーサ絶縁リング１１５と、押さえゴム２５とで、ハウジング１０に支持されることとなる。従って、これらスペーサ絶縁リング１１５と押えゴム２５とを同一のゴム材料から構成すると、スペーサ絶縁リング１１５と押さえゴム２５が同等の弾性を有することとなるため、スペーサ絶縁リング１１５と押さえゴム２５のどちらか一方に応力が集中し、圧電振動子２０の振動に悪影響を及ぼしたりすることを防止することが可能となる。従って、各種寸法を定める上で該押えゴム２５とスペーサ絶縁リング１１５に生じる（生じさせる）応力設定が容易である。
【００２５】
以上の圧電振動子２０の圧電体１１２（膜状電極１１３）に対するリード線２３の接続端子２３ａの配線構造によれば、接続端子２３ａは導電性粘着両面テープ２１により粘着され、しかも、接続端子２３ａは、押えゴム２５によって常時圧電体１１２（導電性粘着両面テープ２１）側に弾性的に押圧されているので、安定した導通接続を得ることができる。別言すると、圧電振動子２０の振幅の大きさと押えゴム２５の弾性を考慮し、常時接続端子２３ａが導電性粘着両面テープ２１側に適当な力で押圧されるように、各種寸法を設定する。
【００２６】
また、本実施形態では、平面円形を基本形状とする圧電振動子２０に対し、図３及び図４に示すように、可変容積室Ｐの形状（すなわちハウジングの凹部１１ａ、１１ｂとシール部材１３０（図１のシールリング１３ａと１３ｂに対応、図３ないし図６では単一の１３０の符号を付している）を圧電振動子２０より小さい（圧電振動子２０の一部を弧状にカットした）非円形とし、可変容積室Ｐの外側において、圧電振動子２０の圧電体１１２（膜状電極１１３）に接続端子２３ａを接続している。
【００２７】
すなわち、可変容積室Ｐを画成するシール部材１３０は、半円を超える円の一部からなる大円弧部分１３０（Ｃ）と、該大円弧部分の両端部を直線で結んだ直線部分１３０（Ｌ）とを有する変形Ｄ型形状をなしている。直線部分１３０（Ｌ）の位置は、該直線部分１３０（Ｌ）の外側に圧電体１１２に対する配線エリアを確保することができる範囲で可及的に外側に、かつ大円弧部分１３０（Ｃ）をできるだけ大きくするように定められている。可及的に外側にすることで、ポンプ効率の低下を最小に抑えることができる。また、別の視点からは、圧電振動子２０が往復振動するとき、該直線部分１３０（Ｌ）に永久歪みが残らない位置に定める。すなわち、以上の円形をなすバイモルフ型の圧電振動子２０のシム１１１と、一対の圧電体１１２の露出面（膜状電極１１３）との間に交番電界を与えて振動させるとき、その圧電振動子２０の振幅は、その中心部において最も大きく、周縁部に行くに従って小さくなるが、直線部分１３０（Ｌ）に永久歪みが残らないように、該直線部分１３０（Ｌ）の位置を定めるのである。そして、この直線部分１３０（Ｌ）の外側にリード線２３を配線接続すると、該リード線２３をシール部材１３０と交差させずにすみ、シールリング１３０を局部的に変形させることがないので、その耐久性を向上させることができる。なお、直線部分１３０（Ｌ）の外側における圧電振動子２０の振幅は、１００μｍ前後であり、本実施形態の配線接続構造によると、このような大きな変位を受けてもその変位による応力を適度に吸収し、リード線２３と圧電体１１２（膜状電極１１３）との導通を確実にとることができる。
【００２８】
図示実施形態では、ハウジング１０ａ、１０ｂとは別にゴム材料からなる押え部材２５を設けたが、例えば樹脂材料から構成するハウジング１０ａ、１０ｂに一体に押え部材を設ける態様も可能である。また、図示した圧電振動子２０の形状構造は一例であって自由度があることは勿論、アンブレラ（逆止弁）１７Ａ、１７Ｂ等の構成を問わない。圧電振動子２０は、ユニモルフ型の他、圧電体１１２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も当然に使用可能である。さらに、平板状の振動子であって、表面に膜状電極を有する振動子（例えば、水晶振動子）であれば、本発明は同様に適用できる。押え部材は、このような振動子に対向する固定部材に設け、あるいは支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】圧電振動子を適用する圧電ポンプの原理を示す縦断面図である。
【図２】本発明の配線構造をバイモルフ型の圧電振動子に適用した実施形態を示す模式分解斜視図である。
【図３】同配線構造を適用した圧電振動子を有する圧電ポンプの具体的な一実施形態を示す分解斜視図である。
【図４】同配線構造の要部の平面図である。
【図５】図４のV-V線に沿う断面図である。
【図６】図５の要部の拡大図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  ハウジング
１１ａ  １１ｂ  凹部
１２ａ  １２ｂ  シールリング溝
１３ａ  １３ｂ  シールリング
２０  圧電振動子
２１  導電性粘着両面テープ（導電性粘着材）
２２  ＦＰＣ
２３  ２４  リード線
２５  押えゴム（押え部材）
Ｐ  可変容積室
１１１  シム
１１２  圧電体
１１３  膜状電極
１１４  配線接続突起
１１５  スペーサ絶縁リング
１１６  ＰＰＳフィルム
【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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