(57)【要約】【課題】  表裏の少なくとも一面に圧電体を有する圧電振動子と、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の凹部と、この凹部に沿って配設され上記圧電振動子に接触して可変容積室を形成するシール部材と、上記圧電振動子表面の圧電体に対する給電端子とを備えた圧電ポンプにおいて、シール部材の耐久性を損なうことのない寿命の長い圧電ポンプを得る。【解決手段】  シール部材と給電端子が平面的に見て交差しないように、上記圧電振動子と可変容積室の平面形状及び給電端子位置を設定した圧電ポンプ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに形成した凹部と、この凹部上に重ねた圧電振動子と、上記凹部に沿って配設され上記圧電振動子に接触して可変容積室を形成するシール部材とを備えた圧電ポンプにおいて、
上記圧電振動子表面の圧電体の平面形状よりも上記可変容積室の平面形状を小さく形成し、該可変容積室の平面形状の外側において、上記圧電体に配線を施し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、上記圧電振動子表面の圧電体の平面形状は円形であり、上記可変容積室は円形の一部を非円形とした平面非円形をなしている圧電ポンプ。
【請求項３】
請求項２記載の圧電ポンプにおいて、上記シール部材は、半円を超える円の一部からなる大円弧部分と、該大円弧部分の両端部を直線で結んだ直線部分とを有する変形Ｄ型形状をなしている圧電ポンプ。
【請求項４】
請求項３記載の圧電ポンプにおいて、上記シール部材は、直線部分より外側において大円弧部分に連なり該大円弧部分とともに全体として円形を形成する補助円弧部分を有する変形θ形状をなしている圧電ポンプ。
【請求項５】
請求項２記載の圧電ポンプにおいて、上記シール部材は、半円を超える円の一部からなる大円弧部分と、該大円弧部分の両端部を円弧で結んだ変形Ω形状をなしている圧電ポンプ。
【請求項６】
請求項１ないし３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る圧電ポンプ。
【請求項７】
表裏の少なくとも一面に圧電体を有する圧電振動子と、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の凹部と、この凹部に沿って配設され上記圧電振動子に接触して可変容積室を形成するシール部材と、上記圧電振動子表面の圧電体に対する給電端子とを備えた圧電ポンプにおいて、
上記シール部材と給電端子が平面的に見て交差しないように、上記圧電振動子と可変容積室の平面形状及び給電端子位置を設定したことを特徴とする圧電ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電ポンプに関し、特に耐久性を損なわない圧電振動子に対する配線構造に関する。
【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、ハウジングに形成した凹部上に圧電振動子を重ね、該凹部に沿って配設され圧電振動子に接触するシール部材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、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。この圧電ポンプは、薄型にできることから、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拡大する性質がある。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。この圧電振動子には、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とが知られている。
【特許文献１】特開昭６１-２８７７６号公報
【特許文献２】実開平５-１４５７４号公報
【特許文献３】実開平４-１３７２８４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この圧電ポンプでは従来、圧電振動子（の圧電体）の平面形状と、可変容積室の平面形状（つまりハウジング凹部とこの凹部に沿うシール部材の平面形状）はいずれも円形であった。すなわち、シール部材はＯリングである。実際、理論的なポンプ効率は圧電振動子と可変容積室の平面形状が円形のときに最も高い。
【０００５】
ところが、本発明者らは、圧電振動子と可変容積室がともに円形である圧電ポンプには、次のような問題があることを見出した。すなわち、圧電振動子には、その表面の圧電体に対して配線を施す必要があり、その給電端子は、従来構造ではＯリングと平面的に交差することが避けられない。給電端子は可及的に薄く構成されているが、交差すると、Ｏリングはその交差部分において僅かとは言え他の部分より過剰に変形する。圧電振動子は、商用電源を用いると、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで振動するため、僅かな過剰な変形でもＯリングの耐久性を阻害し圧電ポンプの寿命を縮める要因となる。
【０００６】
本発明は、以上の問題意識に基づき、シール部材が給電端子によって過剰に変形することがなく、シール部材の耐久性を向上させることができる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】
【０００７】
本発明は、シール部材の耐久性が劣化する原因は、シール部材と給電端子とが平面的に交差しているからであり、若干ポンプ効率を犠牲にしても、この平面交差関係をなくせば、耐久性を向上させることができるとの結論に達して完成されたものである。平面交差関係をなくしても、ポンプ効率の低下は僅かであり、実用上の影響は殆どないことが確認された。
【０００８】
本発明による圧電ポンプは、ハウジングに形成した凹部と、この凹部上に重ねた圧電振動子と、上記凹部に沿って配設され上記圧電振動子に接触して可変容積室を形成するシール部材とを備えた圧電ポンプにおいて、圧電振動子表面の圧電体の平面形状よりも可変容積室の平面形状を小さく形成し、該可変容積室の平面形状の外側において、圧電体に配線を施したことを特徴としている。「小さく形成する」程度は、圧電振動子上に、可変容積室の外側において配線エリアを確保できる程度である。
【０００９】
具体的には、圧電振動子表面の圧電体は一般的な形状である平面円形とし、可変容積室は円形の一部を非円形とした平面非円形とするのがよい。
【００１０】
より具体的には、可変容積室の輪郭を定めるシール部材は、半円を超える円の一部からなる大円弧部分と、該大円弧部分の両端部を直線で結んだ直線部分とを有する変形Ｄ型形状に形成することができる。この変形Ｄ型形状は、直線部分より外側において大円弧部分に連なり該大円弧部分とともに全体として円形を形成する補助円弧部分を有する変形θ形状に変形させることもできる。この態様では補助円弧部分はシール部材としての機能を持っておらず、シール部材の成形の容易性を考慮した態様である。
【００１１】
また、別のシール部材形状としては、半円を超える円の一部からなる大円弧部分と、該大円弧部分の両端部を円弧で結んだ変形Ω形状とすることもできる。
【００１２】
圧電振動子は、中心部のシムの表裏の一面に圧電体を有するユニモルフ型、及び中心部のシムの表裏にそれぞれ圧電体を有するバイモルフ型のいずれも使用可能であるが、振幅を大きくできるバイモルフ型が好ましい。
【００１３】
本発明の圧電ポンプは、別の表現によると、表裏の少なくとも一面に圧電体を有する圧電振動子と、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の凹部と、この凹部に沿って配設され上記圧電振動子に接触して可変容積室を形成するシール部材と、上記圧電振動子表面の圧電体に対する給電端子とを備えた圧電ポンプにおいて、シール部材と給電端子が平面的に見て交差しないように、上記圧電振動子と可変容積室の平面形状及び給電端子位置を設定したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、シール部材の耐久性を向上させた寿命の長い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】
【００１５】
図１は、圧電振動子を有する圧電ポンプの原理図である。ハウジング１０は、アッパハウジング１０ａとロワハウジング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、シールリング１３ａ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。シールリング１３ｂ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。
【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。
【００１７】
以上の圧電ポンプは、圧電振動子２０が正逆に弾性変形すると、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。
【００１８】
圧電振動子２０は、ユニモルフ型、バイモルフ型のいずれも使用可能である。図２（及び図５、図６）は本出願人が特願２００４-１９２４８３号で提案したバイモルフ型の一実施例の模式図であり、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。
【００１９】
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（銀ペースト）を印刷（スクリーン焼成）することで形成されている。
【００２０】
給電端子１８０は、一対の接触子１８１１と、この接触子１８１１間を接続する接続縁１８１２と、配線接続部１８１３とを有しており、一対の接触子１８１１と接続縁１８１２とはコ字状断面をなしている。一対の接触子１８１１は、圧電振動子２０の外側に位置する配線接続部１８１３側が幅広で、圧電振動子２０の中心部に向かって徐々に幅を狭くする平面略三角形状部を有する同一形状をなしている。つまり、接触子１８１１は、圧電振動子２０の膜状電極１１３との半田付け部１１３１の幅が最も狭く、圧電振動子２０の外方に向かって幅を広げている。
【００２１】
圧電振動子２０のシム１１１に形成された径方向に突出する配線接続突起１１４は、この一対の接触子１８１１の間に延びている。この配線接続突起１１４には、一対の接触子１８１１を接続する接続縁１８１２との間に隙間を確保する絶縁用凹部１１４１が形成されている。
【００２２】
円形をなすシム１１１の上下には、環状をなすスペーサ絶縁リング１１５が位置し、この上下一対のスペーサ絶縁リング１１５から、一対の接触子１８１１と配線接続突起１１４との間にストリップ状絶縁板材１１５１が延びていて、シム１１１と給電端子１８０との短絡を防止している。ストリップ状絶縁板材１１５１は同時に、給電端子１８０の接続縁１８１２が、シム１１１の絶縁用凹部１１４１側に移動するのを防止し、絶縁を確実にする。
【００２３】
シム１１１の配線接続突起１１４には、絶縁用凹部１１４１よりも圧電振動子２０の外方に位置させて、配線接続突起１１４の幅方向の両側に対称に、一対のリード線掛止凹部１１４３と１１４４が形成されており、一方のリード線掛止凹部１１４３より内方に、半田付け用貫通孔１１４５が形成されている。
【００２４】
給電端子１８０の配線接続部１８１３には、配線接続突起１１４の半田付け用貫通孔１１４５に対応させて、半田付け用貫通孔１８１４が形成されている。この半田付け用貫通孔１１４５と１８１４は平面位置が異なっており、それぞれ、リード線２１と２２が半田付けされている。半田付け用貫通孔１１４５と１８１４は半田付け強度を高め、その平面位置を異ならせることで全体の薄型化を図ることができる。またリード線２１と２２は、リード線掛止凹部１１４３と１１４４に掛け止められ、リード線２１と２２の抜止抵抗を高めている。
【００２５】
圧電振動子２０の表面には、ＰＰＳフィルム（絶縁性フィルム）２４（図２）が接着されている。このＰＰＳフィルム２４は給電端子１８０上に延びる径方向舌片２４ａを有しており、接触子１８１１と圧電振動子２０の膜状電極１１３との離脱を防止している。
【００２６】
以上のシム１１１の配線接続突起１１４及び給電端子１８０回りの配線構造によれば、圧電振動子２０の動きを妨げることがなく、確実にシム１１１及び膜状電極１１３へ配線することができる。
【００２７】
本実施形態は、以上のように平面円形を基本形状とする圧電振動子２０に対し、図３ないし図６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３ないし図６では、シールリング１３ａと１３ｂは同一形状であるので、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）に給電端子１８０を介して配線を施している。このように配置すると、圧電振動子２０の圧電体１１２に対する給電端子１８０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。
【００２８】
図３ないし図６では、可変容積室Ｐを画成するシール部材１３０を、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型形状としている。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は、シム１１１を一方の共通電極とし、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、交番電界を与えると、表裏の一方が伸び他方が縮む動作が繰り返される。この圧電振動子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。
【００２９】
図７（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の圧電ポンプに用いるシール部材１３０の他の形状例を示している。同図（Ａ）のシール部材１３０Ａは、図３ないし図６に示した変形Ｄ型形状の変形例であり、大円弧部分１３０（Ｃ）と直線部分１３０（Ｌ）に加えて、該直線部分より外側において大円弧部分に連なり該大円弧部分とともに全体として円形を形成する補助円弧部分１３０（Ｓ）を有する変形θ形状をなしている。この実施形態では、補助円弧部１３０（Ｓ）と給電端子１８０とが交差するが、補助円弧部分１３０（Ｓ）は、シール部材としての機能を持っていないから、シール部材１３０Ａの耐久性には影響を与えず、シール部材１３０Ａが給電端子１８０を押圧するため、給電端子１８０と圧電体１１２とを確実に接着することができる。
【００３０】
また同図（Ｂ）のシール部材１３０Ｂは、図３ないし図６に示した変形Ｄ型形状の直線部分１３０（Ｌ）に代えて、該大円弧部分の両端部を小円弧部分１３０（Ｍ）で結んだ変形Ω形状をなしている。給電端子１８０は、この小円弧部分１３０（Ｍ）の内側において、圧電振動子２０の圧電体１１２に接続される。
【００３１】
以上の説明から明らかなように、本発明は圧電振動子とともに可変圧力室を構成するシール部材と、該圧電振動子表面の圧電体に対する給電端子とが平面的に見て交差しないように、圧電振動子と可変容積室の平面形状及び給電端子位置を設定すれば、目的を達成することができる。図示した圧電振動子２０及び給電端子１８０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（圧電体）も当然に使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【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】バイモルフ型の圧電振動子の具体的構造例を模式的に示す分解斜視図である。
【図３】本発明による圧電ポンプの一実施形態を示す分解斜視図である。
【図４】同要部の斜視図である。
【図５】図３、図４の圧電ポンプの部分平面図である。
【図６】図５のVI-VI線に沿う断面図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明による圧電ポンプに用いるシール部材（可変圧力室）の他の形状例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
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
Ｐ  可変容積室
１１１  シム
１１２  圧電体
１１３  膜状電極
１３０  シール部材
１３０（Ｃ）  大円弧部分
１３０（Ｌ）  直線部分
１８０  給電端子
１８１  １８１１  接触子
１８２  １８１２  接続縁
１８３  １８１３  配線接続部
２１  ２２  リード線
２４  ＰＰＳフィルム
【図１】
2007046551.tif 000003
【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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