(57)【要約】【課題】小型化と高吐出圧化とを両立させたポンプ装置を提供すること。【解決手段】弾性力を有するチューブ型流路部材83と、チューブ型流路部材83が円弧状に配設される円筒室81Hが形成されたポンプケース81と、中心軸に垂直な断面が矩形状を呈し、矩形状を構成する短辺と長辺との長さの比率が所定の値に設定され、中心軸方向に伸縮する縦振動と、中心軸を捻れ軸とする捻れ振動とが同時に励起されることで楕円振動が励起される振動子40と、円筒室81H内に配設され、振動子40の楕円振動を駆動源として回転駆動される略円板形状のロータ13と、ロータ13の外周部位に設けられ、チューブ型流路部材83を円筒室81Hの側壁に向かって押圧する加圧部材85と、振動子40の楕円振動発生面を、ロータ13に対して圧接させる押圧機構部20と、をポンプ装置に具備させる。前記所定の値は、前記縦振動の共振周波数と前記捻れ振動の共振周波数とが略一致する値である。【選択図】図１
2013223335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性力を有するチューブ型の液体流路である流路部材と、
前記流路部材が円弧状に配設される円筒室が形成されたケース部材と、
中心軸に垂直な断面が矩形状を呈し、該矩形状を構成する短辺と長辺との長さの比率が所定の値に設定され、前記中心軸方向に伸縮する縦振動と、前記中心軸を捻れ軸とする捻れ振動とが同時に励起されることで楕円振動が励起される振動子と、
前記振動子のうち楕円振動が励起される面に設けられた摩擦接触子と、
前記円筒室内に配設され、前記摩擦接触子に対して当接し、前記振動子の前記楕円振動を駆動源として回転駆動される略円板形状のロータと、
前記ロータの外周部位に設けられ、前記流路部材を前記円筒室の側壁に向かって押圧する流路押圧部材と、
前記振動子の前記楕円振動発生面を、前記ロータに対して圧接させる押圧機構部と、
を具備し、
前記所定の値は、前記縦振動の共振周波数と前記捻れ振動の共振周波数とが略一致する値である
ことを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
前記ロータは、前記振動子の前記中心軸を回転軸として回転駆動される
ことを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばチューブポンプ等のポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、円弧状に配設された弾性変形可能なチューブ部材と、突起部を具備するロータと、を具備するチューブポンプが知られている（例えば特許文献１参照）。このようなチューブポンプでは、前記突起部によってチューブ部材を局所的に押圧した状態で（押し潰した状態で）、前記ロータを回転させて前記押圧の位置を移動させる。この押圧の位置の移動によって、前記チューブ部材のうち押圧によって押し潰されていた部位が、当該チューブ部材の復元力によって元の形状に戻る。その際に、当該チューブ部材内部には真空状態が発生する為、次の液体が吸引される。上述の動作を連続的に行うことで、チューブ部材内の液体が搬送され、当該チューブポンプによる液体の吸引と吐出とが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−６２８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、チューブポンプにおいては、ロータの駆動源として回転モータが用いられる。この回転モータは、一般的には電磁モータである。ここで、高いポンプ吐出圧力を得る為には、回転モータのトルクを大きくする必要がある。そして、回転モータのトルクを大きくする為には、例えば当該回転モータ自体を大型化するか、多段の減速ギアを設けて回転数を減少させる必要がある。いずれにせよ、当該回転モータの大型化は免れられず、小型で高吐出圧のポンプの実現は困難である。
【０００５】
本発明は、上述の事情に鑑みて為されたものであり、小型化と高吐出圧化とを両立させたポンプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するために、本発明の一態様によるポンプ装置は、
弾性力を有するチューブ型の液体流路である流路部材と、
前記流路部材が円弧状に配設される円筒室が形成されたケース部材と、
中心軸に垂直な断面が矩形状を呈し、該矩形状を構成する短辺と長辺との長さの比率が所定の値に設定され、前記中心軸方向に伸縮する縦振動と、前記中心軸を捻れ軸とする捻れ振動とが同時に励起されることで楕円振動が励起される振動子と、
前記振動子のうち楕円振動が励起される面に設けられた摩擦接触子と、
前記円筒室内に配設され、前記摩擦接触子に対して当接し、前記振動子の前記楕円振動を駆動源として回転駆動される略円板形状のロータと、
前記ロータの外周部位に設けられ、前記流路部材を前記円筒室の側壁に向かって押圧する流路押圧部材と、
前記振動子の前記楕円振動発生面を、前記ロータに対して圧接させる押圧機構部と、
を具備し、
前記所定の値は、前記縦振動の共振周波数と前記捻れ振動の共振周波数とが略一致する値である
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、小型化と高吐出圧化とを両立させたポンプ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るポンプ装置の一構成例を示す正面図である。
【図２】図２は、図１に示すポンプ装置のポンプ部を上面側から観た図である。
【図３】図３は、振動子の積層構造例を示す図である。
【図４】図４は、振動子における電極構成の一例を示す図である。
【図５】図５は、図４に示すＸ１方向から観た振動子（右側面）の外部電極構成例を示す図である。
【図６】図６は、図４に示すＸ２方向から観た振動子（左側面）の外部電極構成例を示す図である。
【図７】図７は、縦1次振動モードにおける振動子の振動状態を破線で示す斜視図である。
【図８】図８は、捻れ２次振動モードにおける振動子の振動状態を破線で示す斜視図である。
【図９】図９は、縦1次振動と捻れ２次振動とが合成されたときの振動子の振動状態を破線で示す斜視図である。
【図１０】図１０は、振動子の各振動モードにおける共振周波数特性の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態に係るポンプ装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るポンプ装置の一構成例を示す正面図である。図２は、図１に示すポンプ装置のポンプ部を上面側から観た図である。
図１及び図２に示すように、本一実施形態に係るポンプ装置は、ポンプ部１０と、押圧機構部２０と、フレーム３０と、振動子４０と、回転規制部材５１ｓ１，５１ｓ２と、を具備する。
【００１０】
前記ポンプ部１０は、中心軸１１と、軸受け１２と、ロータ１３と、摺動板１４と、ポンプケース８１と、チューブ型流路部材８３と、加圧部材８５と、を有する。
前記ポンプケース８１は、ポンプ部１０の構成部材を収容するケース部材であり、その内部には図１及び図２に示すように略円筒形状の収納空間（以降、円筒室と称する）８１Ｈが設けられている。この円筒室８１Ｈ内には、チューブ型流路部材８３、加圧部材８５、ロータ１３、及び摺動板１４が配設される。また、この円筒室８１Ｈの上面は、後述するフレーム３０の底面部３２に対して固定され、フレーム３０とポンプケース８１とが一体化されている。
【００１１】
前記チューブ型流路部材８３は、弾性変形可能な材料（例えばシリコンゴム等）によって形成されたチューブ部材であり、その中空部位が液体の流路となる。このチューブ型流路部材８３は、図２に示すように円筒室８１Ｈの円形状の内周面に沿って円弧状に配設されている。
【００１２】
前記加圧部材８５は、後述するロータ１３の外周面（側面）に設けられ、チューブ型流路部材８３をポンプケース８１の内周面に向かって押圧する（押し潰す）為の加圧部材である。
本例においては、ロータ１３に対して中心軸（不図示）が固定された回転可能なローラーが、図２に示すようにロータ１３の外周部位に加圧部材８５として等間隔に３個設けられている。これらローラーは、ロータ１３の回転に伴ってポンプケース８１の内周面に沿って移動してチューブ型流路部材８３をポンプケース８１の内周面に対して順次押圧していくと共に、当該ローラー自身も、ロータ１３に固定された中心軸（不図示）を回転軸として回転する。このように加圧部材８５自身も回転するように構成することで、当該加圧部材８５とチューブ型流路部材８３との間の摩擦を抑えることができる。
【００１３】
なお、加圧部材８５は、少なくともチューブ型流路部材８３をポンプケース８１の内周面に向かって押圧する（押し潰す）ことが可能な態様であればよく、本例のように回転可能なローラーでなくともよい（例えば単なる突起部材等であってもよい）。
【００１４】
前記中心軸１１は、ポンプケース８１に対して固定された軸部材である。なお、軸受け１２、ロータ１３、摺動板１４、及びチューブ型流路部材８３は、この中心軸１１に対して同心状に配設されている。
前記軸受け１２は、中心軸１１に挿通されたベアリング部材である。
【００１５】
前記ロータ１３は、略円盤形状を呈し、その中心に設けられた中心軸１１を介して、ポンプケース８１の底面中央の軸受け１２によって回転可能に支持されている。このロータ１３は、後述する振動子４０の中心軸を回転軸として回転駆動される。また、ロータ１３の外周面（側周面）には、上述したようにチューブ型流路部材８３をポンプケース８１の内周面に向かって押圧する（押し潰す）為の加圧部材８５が設けられている。
【００１６】
前記摺動板１４は、ロータ１３の上面に対して一体的に設けられた円板状の部材であり、例えばジルコニア等で形成されている。この摺動板１４は、振動体たる振動子４０に設けられた摩擦接触子４１に接触（例えば圧接）しており、摩擦接触子４１による駆動力をロータ１３に伝達する。
【００１７】
前記押圧機構部２０は、押圧バネ２１と、押圧部材２２と、バネ押さえリング２３と、バネ規制シャフト２３ａと、を有する。
前記押圧バネ２１は、振動子４０をロータ１３に対して押圧する為のバネ部材である。この押圧バネ２１は、押圧部材２２とバネ押さえリング２３とによって挟持され、付勢力を有する状態で保持されている。具体的には、この押圧バネ２１は、例えば板バネやコイルバネ等である。
【００１８】
前記押圧部材２２は、振動子４０の底面（押圧機構部２０に対向する面）の中央部位近傍に設けられた板状部材であり、当該押圧部材２２を介して前記押圧バネ２１の押圧力が振動子４０に伝達される。
前記バネ押さえリング２３は、フレーム３０のうち振動子４０の上端面に対向する面（後述する上面部３３）に回転可能に設けられた環状部材であり、押圧バネ２１を位置決めする棒状部材であるバネ規制シャフト２３ａが螺合されている（バネ押さえリング２３の内径面とバネ規制シャフトの外周面とには、互いに螺合する螺子溝が形成されている）。
【００１９】
前記バネ規制シャフト２３ａは、前記押圧バネ２１の中空部位内に挿通され、その一方端は押圧部材２２に対して固定され、他方端はバネ押さえリング２３及びフレーム３０の底面に形成された貫通孔（不図示）に挿通されている。つまり、バネ規制シャフト２３ａは、押圧バネ２１を位置決めしている。
【００２０】
前記フレーム３０は、フレーム本体３１と、底面部３２と、上面部３３と、を有する枠状部材である。
前記フレーム本体３１は、互いに対向する一対の板状部材３１ａ１，３１ａ２から成り、それら板状部材の間に振動子４０が挿入される。
前記底面部３２は、フレーム３０のうちポンプケース８１に対して固定される部位である。この底面部３２は、ポンプケース８１の上面に対して固定され、当該フレーム３０とポンプケース８１とが一体化されている。
前記上面部３３は、フレーム３０のうち振動子４０の上端面に対向する部位である。この上面部３３のうち振動子４０に対向する面には、押圧機構部２２を構成するバネ押さえリング２３が設けられている。
【００２１】
前記振動子４０は、圧電シートが積層されて成る振動体であり、摩擦接触子４１と、押圧部材２２と、が固定されて設けられている。この振動子４０の積層構造については後述する。
前記摩擦接触子４１は、前記振動子４０のうちポンプ部１０に対向する面に設けられ、摺動板１４に接触（例えば圧接）している。
【００２２】
前記回転規制部材５１ｓ１，５１ｓ２は、フレーム本体３１を構成する板状部材３１ａ１，３１ａ２のうち振動子４０に対向する面に設けられた略棒状の部材である。詳細には、板状部材３１ａ１，３１ａ２において回転規制部材５１ｓ１，５１ｓ２が設けられている位置は、振動子４０の捻れ振動の節位置（当該振動子４０の捻れ振動を阻害しない位置）である。これら回転規制部材５１ｓ１，５１ｓ２が振動子４０を挟持することで、駆動時の振動子４０の回転が規制される。
【００２３】
以下、振動子４０の積層構造の一例について説明する。図３は、振動子４０の積層構造例を示す図である。
同図に示すように、振動子４０は、第１積層部位４１１と、第２積層部位４１２と、第３積層部位４１３と、第４積層部位４１４と、第５積層部位４１５と、第６積層部位４１６と、第７積層部位４１７と、第８積層部位４１８と、から成る。
【００２４】
詳細には、これら各積層部位（第１積層部位４１１、第２積層部位４１２、第３積層部位４１３、第４積層部位４１４、第５積層部位４１５、第６積層部位４１６、第７積層部位４１７、第８積層部位４１８）の積層構成は、次のような積層構成である。なお、各積層部位を構成する第１の圧電シート４０１、第２の圧電シート４０２、第３の圧電シート４０３、第４の圧電シート４０４、及び第５の圧電シート４０５の構成については後述する。
《第１積層部位４１１》
第１積層部位４１１は、第１の圧電シート４０１と第２の圧電シート４０２とがその厚み方向に交互に積層されて成る。
《第２積層部位４１２》
第２積層部位４１２は、第１積層部位４１１上に積層された部位であって、少なくとも１枚の第３の圧電シート４０３から成る（複数枚の第３の圧電シート４０３から成る場合は、第３の圧電シート４０３がその厚み方向に積層されて成る）。
《第３積層部位４１３》
第３積層部位４１３は、第２積層部位４１２上に積層された部位であって、第４の圧電シート４０４と第５の圧電シート４０５とがその厚み方向に交互に積層されて成る。
《第４積層部位４１４》
第４積層部位４１４は、第３積層部位４１３上に積層された部位であって、少なくとも１枚の第３の圧電シート４０３から成る（複数枚の第３の圧電シート４０３から成る場合は、第３の圧電シート４０３がその厚み方向に積層されて成る）。
《第５積層部位４１５》
第５積層部位４１５は、第４積層部位４１４上に積層された部位であって、第４の圧電シート４０４と第５の圧電シート４０５とがその厚み方向に交互に積層されて成る。
《第６積層部位４１６》
第６積層部位４１６は、第５積層部位４１５上に積層された部位であって、少なくとも１枚の第３の圧電シート４０３から成る（複数枚の第３の圧電シート４０３から成る場合は、第３の圧電シート４０３がその厚み方向に積層されて成る）。
《第７積層部位４１７》
第７積層部位４１７は、第６積層部位４１７上に積層された部位であって、第１の圧電シート４０１と第２の圧電シート４０２とがその厚み方向に交互に積層されて成る。
《第８積層部位４１８》
第８積層部位４１８は、第７積層部位４１７上に積層された部位であって、少なくとも１枚の第３の圧電シート４０３から成る（複数枚の第３の圧電シート４０３から成る場合は、第３の圧電シート４０３がその厚み方向に積層されて成る）。
【００２５】
以下、前記第１の圧電シート４０１、第２の圧電シート４０２、第３の圧電シート４０３、第４の圧電シート４０４、第５の圧電シート４０５、第６の圧電シート４０６、第７の圧電シート４０７、及び第８の圧電シート４０８について詳細に説明する。
これら第１の圧電シート４０１、第２の圧電シート４０２、第３の圧電シート４０３、第４の圧電シート４０４、第５の圧電シート４０５、第６の圧電シート４０６、第７の圧電シート４０７、及び第８の圧電シート４０８は、矩形のシート状の圧電素子であり、例えばハード系のチタン酸ジルコン酸鉛の圧電セラミックス素子（ＰＺＴ）から成る。
【００２６】
詳細には、前記第１の圧電シート４０１の電極形成面上には、その長手方向における略中央位置に、＋相の駆動用内部電極４０１ａと＋相の駆動用内部電極４０１ｃとが、中心線Ｃ（短辺を２等分する線）に対して対称に設けられている。
同様に、前記第２の圧電シート４０２の電極形成面上には、その長手方向における略中央位置に、−相の駆動用内部電極４０２ａと−相の駆動用内部電極４０２ｃとが、中心線Ｃ（短辺を２等分する線）に対して対称に設けられている。
【００２７】
ところで、＋相の駆動用内部電極４０１ａと−相の駆動用内部電極４０２ａとの間、＋相の駆動用内部電極４０１ｃと−相の駆動用内部電極４０２ｃとの間、及び＋相の検出用内部電極４０４ａと−相の検出用内部電極４０５ａとの間には高電圧が印加され、各電極間の圧電材料が分極されて圧電的に活性化されている（圧電活性化領域とされている）。
【００２８】
なお、上述の各内部電極４０１ａ，４０１ｃ，４０２ａ，４０２ｃは、例えば厚さ４μｍの銀パラジウム合金である。
前記第３の圧電シート４０３は、第１の圧電シート４０１及び第２の圧電シート４０２と同形状であって、且つ、内部電極が設けられていないシート状の部材である。
【００２９】
前記第４の圧電シート４０４の電極形成面上には、積層時に第１の圧電シート４０１上の駆動用内部電極４０１ａ及び第２の圧電シート上の駆動用内部電極４０２ａに対応する位置に、＋相の検出用内部電極４０４ａが設けられている。
前記第５の圧電シート４０５の電極形成面上には、積層時に第１の圧電シート４０１上の駆動用内部電極４０１ａ及び第２の圧電シート上の駆動用内部電極４０２ａに対応する位置に、−相の検出用内部電極４０５ａが設けられている。
【００３０】
前記＋相の駆動用内部電極４０１ａは、矩形形状を呈する第１の圧電シート４０１の一方長辺に向かって延びて露出する端部４０１ａｅを備えている。前記＋相の駆動用内部電極４０１ｃは、矩形形状を呈する第１の圧電シート４０１の他方長辺に向かって延びて露出する端部４０１ｃｅを備えている。
【００３１】
前記−相の駆動用内部電極４０２ａは、矩形形状を呈する第２の圧電シート４０２の一方長辺（内部電極４０１ａの露出部４０１ａｅが延出されている辺に対応する辺（積層時に重なる辺））に向かって延びて露出する端部４０２ａｅを備えている。前記−相の駆動用内部電極４０２ｃは、矩形形状を呈する第２の圧電シート４０２の他方長辺に向かって延びて露出する端部４０２ｃｅを備えている。
【００３２】
前記＋相の検出用内部電極４０４ａは、矩形形状を呈する第４の圧電シート４０４の一方長辺（内部電極４０１ａの露出部４０１ａｅが延出されている辺に対応する辺（積層時に重なる辺））に向かって延びて露出する端部４０４ａｅを備えている。
前記−相の検出用内部電極４０５ａは、矩形形状を呈する第２の圧電シート４０２の一方長辺（内部電極４０２ａの露出部４０２ａｅが延出されている辺に対応する辺（積層時に重なる辺））に向かって延びて露出する端部４０５ａｅを備えている。
【００３３】
なお、端部４０１ａｅと端部４０２ａｅとは、積層時に互いに重ならないように所定間隔だけずらして設けられている。同様に、端部４０４ａｅと端部４０５ａｅとは、積層時に互いに重ならないように所定間隔だけずらして設けられている。
上述したように第１の圧電シート４０１と、第２の圧電シート４０２と、第３の圧電シート４０３と、第４の圧電シート４０４と、第５の圧電シート４０５とを積層することで、図４に示すような電極構成の振動子４０を得ることができる。図４は、振動子４０における電極構成の一例を示す図である。
【００３４】
なお、図４においては、説明の便宜上、振動子４０の内部に存在する駆動電極及び振動検出電極（上述の各内部電極により構成される）を可視化して示し、且つ、各圧電シートについては別個に図示せずに振動子４０として一体的に図示している。
図３及び図４に示すように、振動子４０のうち、第１積層部位４１１において駆動用内部電極４０１ａと駆動用内部電極４０２ａとが積層されて成る部位は、駆動電極１０１Ｂ１（詳細は後述する）を構成している。振動子４０のうち、第１積層部位４１１において駆動用内部電極４０１ｃと駆動用内部電極４０２ｃとが積層されて成る部位は、駆動電極１０１Ａ２（詳細は後述する）を構成している。
【００３５】
振動子４０のうち、第３積層部位４１３において検出用内部電極４０４ａと検出用内部電極４０５ａとが積層されて成る部位は、振動検出電極１０１Ｄ（詳細は後述する）を構成している。
振動子４０のうち、第５積層部位４１５において検出用内部電極４０４ａと検出用内部電極４０５ａとが積層されて成る部位は、振動検出電極１０１Ｃ（詳細は後述する）を構成している。
【００３６】
振動子４０のうち、第７積層部位４１７において駆動用内部電極４０１ａと駆動用内部電極４０２ａとが積層されて成る部位は、駆動電極１０１Ａ１（詳細は後述する）を構成している。振動子４０のうち、第７積層部位４１７において駆動用内部電極４０１ｃと駆動用内部電極４０２ｃとが積層されて成る部位は、駆動電極１０１Ｂ２（詳細は後述する）を構成している。
【００３７】
図５は、図４に示すＸ１方向から観た振動子４０（右側面）の外部電極構成例を示す図である。図６は、図４に示すＸ２方向から観た振動子４０（左側面）の外部電極構成例を示す図である。
振動子４０の右側面においては、図３、図４、及び図５に示すように、駆動電極（Ｂ１＋相）１０１Ｂ１＋を構成する駆動用内部電極４０１ａの端部４０１ａｅ同士を外部電極１１３Ｂ１＋により短絡する。駆動電極（Ｂ１−相）１０１Ｂ１−を構成する駆動用内部電極４０２ａの端部４０２ａｅ同士を外部電極１１３Ｂ１−により短絡する。振動検出電極（Ｄ＋相）１０１Ｄ＋を構成する検出用内部電極４０４ａの端部４０４ａｅ同士を外部電極１１３Ｄ＋により短絡する。振動検出電極（Ｄ−相）１０１Ｄ−を構成する検出用内部電極４０５ａの端部４０５ａｅ同士を外部電極１１３Ｄ−により短絡する。振動検出電極（Ｃ＋相）１０１Ｃ＋を構成する検出用内部電極４０４ａの端部４０４ａｅ同士を外部電極１１３Ｃ＋により短絡する。振動検出電極（Ｃ−相）１０１Ｃ−を構成する検出用内部電極４０５ａの端部４０５ａｅ同士を外部電極１１３Ｃ−により短絡する。駆動電極（Ａ１＋相）１０１Ａ１＋を構成する駆動用内部電極４０１ａの端部４０１ａｅ同士を外部電極１１３Ａ１＋により短絡する。駆動電極（Ａ１−相）１０１Ａ１−を構成する駆動用内部電極４０２ａの端部４０２ａｅ同士を外部電極１１３Ａ１−により短絡する。
【００３８】
振動子４０の左側面においては、図３、図４、及び図６に示すように、駆動電極（Ａ２＋相）１０１Ａ２＋を構成する駆動用内部電極４０１ｃの端部４０１ｃｅ同士を外部電極１１３Ａ２＋により短絡する。駆動電極（Ａ２−相）１０１Ａ２−を構成する駆動用内部電極４０２ｃの端部４０２ｃｅ同士を外部電極１１３Ａ２−により短絡する。駆動電極（Ｂ２＋相）１０１Ｂ２＋を構成する駆動用内部電極４０１ｃの端部４０１ｃｅ同士を外部電極１１３Ｂ２＋により短絡する。駆動電極（Ｂ２−相）１０１Ｂ２−を構成する駆動用内部電極４０２ｃの端部４０２ｃｅ同士を外部電極１１３Ｂ２−により短絡する。
【００３９】
以下、上述した構成の振動子４０の振動モードについて詳細に説明する。
図７は、縦1次振動モードにおける振動子４０の振動状態を破線で示す斜視図である。図８は、捻れ２次振動モードにおける振動子４０の振動状態を破線で示す斜視図である。図９は、縦1次振動と捻れ２次振動とが合成されたときの振動子４０の振動状態を破線で示す斜視図である。図７乃至図９においては、振動前の振動子４０の状態（形状）を実線で示し、各振動モードにおける振動時の振動子４０の状態（形状）を破線で示している。
【００４０】
ここで、図４、図７乃至図９に示すように、略直方体形状の振動子４０の中心軸（図７乃至図９において符号１００ｃが付された軸）に直交する断面を構成する短辺の長さ（振動子４０の厚さ）をＴとし、長辺の長さ（振動子４０の幅）をＷとし、中心軸１００ｃに沿った高さをＨとする。但し、短辺Ｔ、長辺Ｗ、高さＨの大小関係は、
Ｔ＜Ｗ＜Ｈ
であるとする。以降の説明においては、高さＨ方向を、縦1次振動モードの振動の方向とし、且つ、捻れ振動の捻れの軸方向とする。
【００４１】
本一実施形態に係るポンプ装置においては、振動子４０のうち短辺Ｔ、長辺Ｗ、高さＨの各寸法の値を適宜設定することで、縦１次振動モードの共振周波数と、捻れ２次振動モードの共振周波数と、を略一致させる。
図７乃至図９においてｐ１，ｐ２で示すのは捻れ振動の方向であり、ｑで示すのは縦振動の方向であり、Ｎで示すのは振動の節である。
【００４２】
前記節Ｎは、図７に示す縦１次振動においては、振動子４０の高さＨ方向の中心位置に１つ存在する。また、図８に示す捻れ２次振動においては、前記節Ｎは、高さＨ方向の２つの位置の２ヶ所に存在する。
ここで、高さｃを一定として、（厚さ（短辺）Ｔ／幅（長辺）Ｗ）の値を横軸にとり、各振動モードにおける共振周波数の値を縦軸にとると、図１０に示す特性を得ることができる。具体的には下記のような特性となる。すなわち、
・縦１次振動モードにおける共振周波数の値は、（Ｔ／Ｗ）の値に依存せず、高さｃに応じた略一定の値をとる。
・捻れ１次振動モード、捻れ２次振動モード、及び捻れ３次振動モードにおける共振周波数の値は、（Ｔ／Ｗ）の値の増加に従って、増加していく。
・捻れ１次振動モードにおける共振周波数は、（Ｔ／Ｗ）の値がどのような値であっても、縦１次振動モードにおける共振周波数と一致することは無い。
・捻れ２次振動モードにおける共振周波数は、（Ｔ／Ｗ）の値が０．６となる近傍で、縦１次振動モードにおける共振周波数と一致する。
・捻れ３次振動モードにおける共振周波数は、（Ｔ／Ｗ）の値が０．３となる近傍で、縦１次振動モードにおける共振周波数と一致する。
【００４３】
上述したような特性の為、
・縦1次振動モードと捻れ３次振動モードとを利用する場合、（Ｔ／Ｗ）の値が０．２５〜０．３５となるように、振動子４０の短辺Ｔ及び長辺Ｗの長さを設定する。
・縦１次振動モードと捻れ２次振動モードとを利用する場合、（Ｔ／Ｗ）の値が０．５５〜０．６５となるように、振動子４０の短辺Ｔ及び長辺Ｗの長さを設定する。
【００４４】
本一実施形態に係るポンプ装置においては、捻れ振動として捻れ２次振動を利用するので、（Ｔ／Ｗ）の値が略０．６となるように設計する。これにより、縦１次振動モードにおける共振周波数と、捻れ２次振動モードにおける共振周波数と、を略一致させる。
【００４５】
ところで、図３乃至図９に示すように、上述の各内部電極４０１ａ，４０１ｃ，４０２ａ，４０２ｃ，４０４ａ，４０５ａは、振動子４０に励起される縦１次振動の節部であり且つ捻れ２次振動の腹部に対応する位置に設けられている。
以下、上述の構成を採る本一実施形態に係るポンプ装置の作用について詳細に説明する。なお、説明の重複を避ける為、駆動電極についてＡ１相とＡ２相とをＡｎ相と総称し、Ｂ１相とＢ２相とをＢｎ相と総称する。
【００４６】
Ａｎ相、Ｂｎ相の駆動電極に対して、振動子４０の縦１次振動及び捻れ２次振動の共振周波数と略一致する周波数且つ互いに同位相の交流電圧を印加することで、Ａｎ相の駆動電極に対応する圧電活性化領域と、Ｂｎ相の駆動電極に対応する圧電活性化領域とが互いに同相で振動する。この結果、振動子４０は縦振動する。このとき、Ｃ相の振動検出電極に対応する圧電活性化領域と、Ｄ相の振動検出電極に対応する圧電活性化領域とには、同一の振幅、同一の位相の電位が発生する。
【００４７】
他方、Ａｎ相、Ｂｎ相の駆動電極に対して、振動子４０の縦１次振動及び捻れ２次振動の共振周波数と略一致する周波数且つ互いに逆位相（位相差１８０度）の交流電圧を印加することで、Ａｎ相の駆動電極に対応する圧電活性化領域と、Ｂｎ相の駆動電極に対応する圧電活性化領域とが互いに逆相で振動する。この結果、振動子４０は捻れ振動を行う。このとき、Ｃ相の振動検出電極に対応する圧電活性化領域と、Ｄ相の振動検出電極に対応する圧電活性化領域とには、同一の振幅で、逆位相の（逆極性の）電位が発生する。
【００４８】
このように作用する振動子４０のＡｎ相の駆動電極とＢｎ相の駆動電極とに対して、互いに位相の異なる（例えば位相差が９０度の）交流電圧を印加することで、振動子４０には図９に示すように縦１次振動と捻れ２次振動とが同時に励起され、振動子４０の端面には楕円振動が形成される。
【００４９】
このとき、上述したように摩擦接触子４１に対して圧接している摺動板１４は、振動子４０の楕円振動を駆動源として、摩擦接触子４１による摩擦駆動で回転する。この摺動板１４の回転に伴って、当該摺動板１４に対して一体的に固定されているロータ１３も回転する。このとき、ロータ１３に設けられている加圧部材８５は、円筒室８１Ｈの内周面に沿って円運動し、この過程でチューブ型流路部材８３を一方向に順次押圧していく。この作用により、当該チューブ型流路部材８３内の液体はロータ１３の回転方向に搬送される（ポンプ動作が行われる）。
【００５０】
なお、Ａｎ相の駆動電極とＢｎ相の駆動電極とに印加する交流電圧の位相差を反転させることで、振動子４０に発生する楕円振動の回転方向を反転させることできる。これを利用して、ロータ１３の回転方向を制御することができる。
ところで、振動子４０に縦１次振動と捻れ２次振動とが同時に励起された場合、Ｃ相及びＤ相に対応する圧電活性化領域には、縦１次振動と捻れ２次振動に関わる電位（振動検出信号）が同時に励起される。このとき、Ｃ相に対応する圧電活性化領域に発生した電位と、Ｄ相に対応する圧電活性化領域に発生した電位との差を演算することで、振動検出信号のうち縦１次振動に係る成分が相殺されて、捻れ２次振動に係る成分のみを検出することができる。
【００５１】
これは、Ｃ相とＤ相とは、上述したように縦１次振動モードでは同一振幅且つ同一位相の電位を発生し、捻れ２次振動モードでは同一振幅且つ逆位相の電位を発生することによる。
詳細には、上述の外部電極１０１Ｃ−と外部電極１０１Ｄ−との間を電気的に接続し、外部電極１０１Ｃ＋と外部電極１０１Ｄ＋との間を電気的に接続し、外部電極１０１Ｃ＋と外部電極１０１Ｄ＋との間の電位差を取り出す（検出する）ことで、振動検出信号として捻れ２次振動成分のみを取り出す（検出する）ことができる。
【００５２】
なお、Ｃ相に対応する圧電活性化領域に発生した電位と、Ｄ相に対応する圧電活性化領域に発生した電位との和を演算することで、振動検出信号のうち捻れ２次振動に係る成分が相殺されて、縦１次振動に係る成分のみを検出することができる。詳細には、上述の外部電極１０１Ｃ−と外部電極１０１Ｄ＋との間を電気的に接続し、外部電極１０１Ｃ＋と外部電極１０１Ｄ−との間の電位差を取り出す（検出する）ことで、振動検出信号として縦１次振動成分のみを取り出す（検出する）ことができる。必要に応じてこの縦１次振動成分を振動検出信号として用いても良い。
【００５３】
このようにして取得した振動検出信号と、駆動電極に印加する交流電圧との位相差は、共振振動時には所定の位相差となることが知られている。一般に超音波モータはモータ自身の発熱による温度上昇や周囲環境の温度変動、負荷の変動により共振周波数が変動するが、この位相差を所定の値に保つように駆動周波数を制御することで、常に共振周波数付近で駆動することができるので、効率の良い安定した駆動が可能となる。なお、振動検出信号に基づいた周波数追尾に係る技術自体は本願発明の特徴部ではないので、周波数追尾に係る技術については詳細な説明は省略する。
【００５４】
以上説明したように、本一実施形態によれば、小型化と高吐出圧化とを両立させたポンプ装置を提供することができる。すなわち、本一実施形態に係るポンプ装置では、圧電横効果を利用して励起した振動子４０の振動を駆動源として、ポンプ部１０のロータ１３を回転させてポンプ動作を実現する。
【００５５】
換言すれば、本一実施形態に係るポンプ装置は、電磁モータに比べて低速且つ高トルクの特性を有する超音波モータを駆動源に用いる為、トルクを増す為の減速ギヤが不要となり、電磁モータを用いる場合に比べて小型且つ高吐出圧のポンプ装置を実現することができる。
【００５６】
また、本一実施形態に係るポンプ装置では、ポンプケース８１内に配置したロータ１３に固定された摺動板１４に対して、振動子４０に設けられた摩擦接触子４１を圧接させて直接駆動する構造を採る（ポンプ装置のロータとして機能する部材と、超音波モータのロータとして機能する部材とを同一の部材（ロータ１３）として構成している）為、更なる小型化を実現できる。
【００５７】
さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示した複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示す全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００５８】
１０…ポンプ部、  １１…中心軸、  １３…ロータ、  １４…摺動板、  ２０…押圧機構部、  ２１…押圧バネ、  ２２…押圧部材、  ２３…リング、  ２３ａ…バネ規制シャフト、  ３０…フレーム、  ３１…フレーム本体、  ３１ａ１，３１ａ２…板状部材、  ３２…底面部、  ３３…上面部、  ４０…振動子、  ４１…摩擦接触子、  ５１ｓ１，５１ｓ２…回転規制部材、  ８１…ポンプケース、  ８１Ｈ…円筒室、  ８３…チューブ型流路部材、  ８５…加圧部材、  １０１Ａ１，１０１Ａ２，１０１Ｂ１，１０１Ｂ２…駆動電極、  １０１Ｃ，１０１Ｄ…振動検出電極、  １１３Ａ１，１１３Ａ２，１１３Ｂ１，１１３Ｂ２，１１３Ｃ，１１３Ｄ…外部電極、  ４０１ａ，４０１ｃ，４０２ａ，４０２ｃ…駆動用内部電極、  ４０４ａ，４０５ａ…検出用内部電極、  ４０１ａｅ，４０１ｃｅ，４０２ａｅ，４０２ｃｅ，４０４ａｅ，４０５ａｅ…端部、  ４０１…第１の圧電シート、  ４０２…第２の圧電シート、  ４０３…第３の圧電シート、  ４０４…第４の圧電シート、  ４０５…第５の圧電シート、  ４０６…第６の圧電シート、  ４０７…第７の圧電シート、  ４０８…第８の圧電シート、  ４１１…第１積層部位、  ４１２…第２積層部位、  ４１３…第３積層部位、  ４１４…第４積層部位、  ４１５…第５積層部位、  ４１６…第６積層部位、  ４１７…第７積層部位、  ４１８…第８積層部位。
【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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