(57)【要約】【課題】小型化と高吐出圧化とを実現した液体搬送装置を提供すること。【解決手段】出力軸15aが挿入される貫通孔である液体搬送空間130H-1と、液体搬送空間130H-1に液体を供給する為の液体供給孔130H-2と、を備えるポンプ室130と、超音波モータ160と、を液体搬送装置1に具備させる。前記超音波モータ160は、摩擦接触子41に対して当接し、振動子40の前記楕円振動を駆動源として、前記中心軸を回転軸として回転駆動されるロータ機構部10と、ロータ機構部10に接続された円柱状部材であって、その外周面には螺旋状の溝部15hが形成され、ロータ機構部10の回転に伴って前記中心軸を回転軸として回転する出力軸15aと、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振動子40と、振動子40のうち前記楕円振動が励起される面に設けられた摩擦接触子41と、を具備する。【選択図】図１
2013074700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記振動子のうち前記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、前記中心軸を回転軸として回転駆動されるロータ機構部と、
前記ロータ機構部に接続された円柱状部材であって、その外周面には螺旋状の溝部が形成され、前記ロータ機構部の回転に伴って前記中心軸を回転軸として回転する出力軸と、
前記出力軸が挿入される貫通孔である液体搬送空間と、前記液体搬送空間に液体を供給する為の液体供給孔と、を備えるポンプ室と、
前記ロータ機構部に向かって前記振動子を押圧する押圧部と、
前記ロータ機構部と前記押圧部と共に前記振動子を保持するフレームと、
前記振動子のうち前記押圧部に対向する面において、前記振動子の前記捻れ軸の延長上に設けられた軸状部材であるホルダ軸と、
前記フレームのうち前記振動子の前記捻れ軸の延長上の位置に設けられ、前記ホルダ軸が挿入されるホルダ軸挿入孔と、
前記振動子のうち前記ロータ機構部に対向する面において、前記ロータ機構部の回転軸の延長上に設けられた位置決めピンと、
前記ロータ機構部のうち前記回転軸上であって前記振動子に対向する面に設けられ、前記位置決めピンが挿入される位置決め孔部と、
を具備することを特徴とする液体搬送装置。
【請求項２】
前記出力軸が挿通される貫通孔が形成された板状部材である固定板を含み、
前記ロータ機構部は前記固定板の一方面に対して固定され、前記ポンプ室は前記固定板の他方面に対して固定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の液体搬送装置。
【請求項３】
前記ポンプ室の前記液体搬送空間のうち前記ロータ機構部側の開口部近傍には、前記出力軸が挿通されるベアリング部材が設けられており、
前記ベアリング部材は、前記出力軸と共に前記ロータ機構部側の開口部を封止する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば医療や化学分析等の種々の分野において用いられる液体搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば医療や化学分析等の分野においては、センサや分析装置等を小型化した分析システムが用いられている。それらの分析システムにおいては、試薬等の送液手段としてマイクロポンプが用いられることが多い。マイクロポンプに関する技術としては、例えば特許文献１に次のような技術が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示されているマイクロポンプは、流量については１μｌ／分から１０ｍｌ／分、圧力については１０から１００００Ｐａの範囲の送液能力を有するマイクロポンプである。このマイクロポンプは、液体の補給口と吐出口とを有すると共に内部に円筒形のポンプ室を有するケーシングを具備している。このケーシング内には、外周部に螺旋状の溝が形成されたスクリュー軸が配設されている。このように構成することで、独立して逆止弁を設けることを不要としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４４７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、マイクロポンプ等の液体搬送装置には、小型化及び高吐出圧化が望まれている。しかしながら、小型化と高吐出圧化との両立は困難である。なお、特許文献１には、スクリュー軸を回転させる為の駆動装置（駆動手段）について具体的に明記されていない。従って、この駆動装置（駆動手段）としては一般的な電磁モータを適用することが想定されているものと考えられる。この場合、高吐出圧を実現するためには、モータ自体を大型にするか、ギアにより減速してトルクを増加させる必要がある。これらの場合には何れも装置の大型化を免れ得ない。
【０００６】
本発明は、前記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した液体搬送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】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明の一態様による液体搬送装置は、
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、
前記振動子のうち前記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、前記中心軸を回転軸として回転駆動されるロータ機構部と、
前記ロータ機構部に接続された円柱状部材であって、その外周面には螺旋状の溝部が形成され、前記ロータ機構部の回転に伴って前記中心軸を回転軸として回転する出力軸と、
前記出力軸が挿入される貫通孔である液体搬送空間と、前記液体搬送空間に液体を供給する為の液体供給孔と、を備えるポンプ室と、
前記ロータ機構部に向かって前記振動子を押圧する押圧部と、
前記ロータ機構部と前記押圧部と共に前記振動子を保持するフレームと、
前記振動子のうち前記押圧部に対向する面において、前記振動子の前記捻れ軸の延長上に設けられた軸状部材であるホルダ軸と、
前記フレームのうち前記振動子の前記捻れ軸の延長上の位置に設けられ、前記ホルダ軸が挿入されるホルダ軸挿入孔と、
前記振動子のうち前記ロータ機構部に対向する面において、前記ロータ機構部の回転軸の延長上に設けられた位置決めピンと、
前記ロータ機構部のうち前記回転軸上であって前記振動子に対向する面に設けられ、前記位置決めピンが挿入される位置決め孔部と、
を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、小型化と高吐出圧化とを両立した液体搬送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る液体搬送装置の一構成例を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す液体搬送装置のポンプ室の一構成例を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２に示すポンプ室のＡ−Ａ´線における断面矢視図である。
【図４】図４は、図１に示す液体搬送装置の固定板と超音波モータとを示す分解斜視図である。
【図５】図５は、図１に示す液体搬送装置の分解斜視図である。
【図６】図６は、図１に示す液体搬送装置が具備する超音波モータの一構成例を示す斜視図である。
【図７】図７は、図１に示す液体搬送装置が具備する超音波モータのロータ機構部近傍についての分解斜視図である。
【図８】図８は、図１に示す液体搬送装置が具備する超音波モータの分解斜視図である。
【図９】図９は、図１に示す液体搬送装置が具備する超音波モータのロータ機構部近傍の正面断面図である。
【図１０】図１０は、積層圧電素子を構成する圧電シートの一構成例を示す図である。
【図１１】図１１は、積層圧電素子の一積層構成例を示す図である。
【図１２】図１２は、積層圧電素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。
【図１３】図１３は、第１積層圧電素子及び第２積層圧電素子の外形を示す図である。
【図１４】図１４は、第１積層圧電素子及び第２積層圧電素子を、図１３において矢印Ａ１で示す方向から観た図（側面図）である。
【図１５】図１５は、第１積層圧電素子及び第２積層圧電素子を、図１３において矢印Ａ２で示す方向から観た図（側面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態に係る超音波モータについて、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液体搬送装置の一構成例を示す斜視図である。図２は、図１に示す液体搬送装置のポンプ室の一構成例を示す斜視図である。図３は、図２に示すポンプ室のＡ−Ａ´線における断面矢視図である。図４は、図１に示す液体搬送装置の固定板と超音波モータとを示す分解斜視図である。図５は、図１に示す液体搬送装置の分解斜視図である。
【００１１】
本一実施形態に係る液体搬送装置１は、ポンプ室１３０と、超音波モータ１６０と、ポンプ室１３０と超音波モータ１６０とを一体的に接続する固定板２００と、を具備する。
前記ポンプ室１３０は、図１乃至図３に示すように略直方体形状を呈し、超音波モータ１６０の出力軸１５ａが挿入される貫通孔である液体搬送空間１３０Ｈ−１と、液体搬送空間１３０Ｈ−１に液体を供給する為の液体供給孔１３０Ｈ−２と、が形成されている。
なお、ポンプ室１３０の形状は略直方体形状に限られず、後述する液体搬送空間１３０Ｈ−１と液体供給孔１３０Ｈ−２とを形成可能な形状であれば他の形状であってもよい。
【００１２】
前記液体搬送空間１３０Ｈ−１は略円柱形状の空間であり、その一方開口部は、当該液体搬送空間１３０Ｈ−１内を搬送された液体の送出孔であり、当該一方開口部には管状部材（不図示）を装着する為の突起部１３０ｔ−１が設けられている。なお、液体搬送空間１３０Ｈ−１は、図１乃至図３に示すようにポンプ室１３０内部から突起部１３０ｔ−１内部にかけて貫通して形成されている。
【００１３】
また、液体搬送空間１３０Ｈ−１の他方開口部は、図１乃至図３に示すように出力軸１５ａが挿入される開口部であり、当該他方開口部には図２及び図４に示すように超音波モータ１６０の出力軸１５ａが挿通されるベアリング部材３００が設けられている。このベアリング部材３００は、液体搬送空間１３０Ｈ−１内部の液体を超音波モータ１６０のロータ機構部１０内へ流入させないシール部材を兼ねている。なお、このベアリング部材３００については、摺動性及びシール性を向上させる為に、出力軸１５ａとの接触面にＤＬＣコート等の表面処理を施してもよい。
【００１４】
前記液体供給孔１３０Ｈ−２は、液体搬送空間１３０Ｈ−１に対して略垂直に交わって一体を成す略円柱形状の空間であり、液体搬送空間１３０Ｈ−１内への液体の流路である。この液体供給孔１３０Ｈ−２の開口部には管状部材（不図示）を装着する為の突起部１３０ｔ−２が設けられている。なお、液体供給孔１３０Ｈ−２は、図１乃至図３に示すようにポンプ室１３０内部から突起部１３０ｔ−２内部にかけて貫通して形成されている。
【００１５】
前記ポンプ室１３０のうち固定板２００に対して固定される面には、図２に示すように固定板２００に対して螺子止めする為の複数の螺子孔ｓｒｈと、固定板２００と超音波モータ１６０とを固定する螺子ｓｒの頭部を収容する複数の溝部ｇと、が形成されている。
【００１６】
なお、ポンプ室１３０と固定板２００との接触部位については、精度の良い表面粗度に加工するか、もしくは所謂オーリング（不図示）等を挟み込むことが好ましい。このように構成することで、ポンプ室１３０の液体搬送空間１３０Ｈ−１内の液体が外部に漏れることをより確実に防ぐことができる。
【００１７】
以下、超音波モータ１６０の一構成例について説明する。図６は、図１に示す液体搬送装置１が具備する超音波モータ１６０の一構成例を示す斜視図である。図７は、図１に示す液体搬送装置１が具備する超音波モータ１６０のロータ機構部１０近傍についての分解斜視図である。図８は、図１に示す液体搬送装置１が具備する超音波モータ１６０の分解斜視図である（伝達部材については不図示）。図９は、図１に示す液体搬送装置１が具備する超音波モータ１６０のロータ機構部１０近傍の正面断面図である。
【００１８】
前記超音波モータ１６０は、ロータ機構部１０と、押圧機構部２０と、フレーム３１と、積層圧電素子４０と、を具備する。
前記フレーム３１は、振動体収容フレーム３１Ｐと、ロータ機構収容フレーム３１Ｒと、を備える。
まず、フレーム３１について詳細に説明する。
【００１９】
前記振動体収容フレーム３１Ｐは、互いに対向する一対の板状部材である第１板状部材３１Ｐ１、第２板状部材３１Ｐ２と、当該振動体収容フレームの底面を成す第３板状部材３１Ｐ３と、から成る。
前記第１板状部材３１Ｐ１には、後述する規制部材５１ａ１を螺子止めする為の複数の螺子孔３１Ｐ１ｓｈが厚み方向に形成されており、且つ、規制部材５１ａ１に設けられた複数の突起部５１ａ１ｔがそれぞれ挿通される複数の貫通孔３１Ｐ１ｔｈが設けられている。
【００２０】
同様に、前記第２板状部材３１Ｐ２には、後述する規制部材５１ａ２を螺子止めする為の複数の螺子孔（不図示）が厚み方向に形成されており、且つ、規制部材５１ａ２に設けられた複数の突起部５１ａ２ｔがそれぞれ挿通される複数の貫通孔（不図示）が設けられている。
【００２１】
前記第３板状部材３１Ｐ３には、後述するホルダ２２の押圧軸２２ａが挿入される押圧軸挿入孔３１Ｐ３ｈが、当該振動子収容フレーム３１Ｐに配設された積層圧電素子４０の捻れ軸（捻れ振動の中心軸）の延長上の位置に設けられている。
前記ロータ機構収容フレーム３１Ｒは、互いに対向する一対の略コ字状部材である第１コ字状部材３１Ｒ１と、第２コ字状部材３１Ｒ２と、から成る。これら第１コ字状部材３１Ｒ１、第２コ字状部材３１Ｒ２には、固定板２００との当接面に、固定板２００を螺子止めする為の螺子孔３１Ｒ１ｈ，３１Ｒ２ｈと、固定板２００に形成された貫通孔２００ｐｈ１，２００ｐｈ２に挿入するピン３１ｔ１，３１ｔ２と、が設けられている。
【００２２】
ところで、前記ロータ機構部１０は、軸受け１２と、摺動板１４と、出力部材１５と、を有する。
前記軸受け１２は、固定板２００の円筒部２００ｃの内径（貫通孔２００Ｈの径）と略同径の外径の第１円筒部１２ｃ１と、前記円筒部２００ｃの外径と略同径の外径の第２円筒部１２ｃ２と、を備えるベアリング部材である。この軸受け１２の内径は、後述する出力部材１５の出力軸１５ａと略同径であり、出力軸１５ａに挿通される。
【００２３】
詳細には、この軸受け１２は、内周面が回転可能に構成されたベアリング部材であり、第１円筒部１２ｃ１の外周面は固定板２００の円筒部２００ｃの内周面に対して固定され、第２円筒部１２ｃ２の下端面は出力部材１５の出力基部１５ｂ（詳細は後述）の上端面に接触している。
【００２４】
前記摺動板１４は、一方面は積層圧電素子４０の上端面に設けられた摩擦接触子４１に接触するよう配置され、他方面は出力部材１５を構成する出力基部１５ｂの下端面に対して、例えば接着等により固定されている略円環形状の部材である。この摺動板１４によって、積層圧電素子４０の振動が摩擦接触子４１を介して駆動力として出力部材１５に伝達される。換言すれば、摺動板１４と出力部材１５とが一つのロータを構成している。
【００２５】
前記出力部材１５は、出力軸１５ａと、該出力軸１５ａの一方端面（下端面）に接続されている略円盤形状の出力基部１５ｂと、を備える。
【００２６】
前記出力軸１５ａは、上述したように液体搬送空間１３０Ｈ−１の開口部に設けられたベアリング部材３００に挿通されて液体搬送空間１３０Ｈ−１内に挿入される棒状部材であり、出力基部１５ｂの回転に伴って回転する。この出力軸１５ａの外周面には螺旋状の溝部１５ｈが形成されている。液体搬送空間１３０Ｈ−１内の液体は、回転する出力軸１５ａの溝部１５ｈによって搬送され、突起部１３０ｔ−１から当該ポンプ室１３０外部へ吐出される。換言すれば、出力軸１５ａに形成された螺旋状の溝部１５ｈと、ポンプ室１３０Ｈ−１の内壁とが液体の流路を構成し、出力軸１５ａの回転によって当該流路中の液体がポンプ室１３０Ｈ−１の外部に吐出される。
【００２７】
詳細は後述するが、積層圧電素子４０に所定の交番電圧が印加されて縦振動と捻れ振動とが励起されると、当該積層圧電素子４０のうち摩擦接触子４１が設けられた面に楕円振動が発生する。これにより、摩擦接触子４１に接触している摺動板１４が回転し、これに伴って出力基部１５ｂ及び出力軸１５ａも回転する。
【００２８】
前記出力基部１５ｂは、出力軸１５ａが接続されている面とは逆側の面（下端面）が摺動板１４に対して例えば接着等により固定される。詳細には、この出力基部１５ｂは、摺動板１４との対向面には摺動板１４の外径と略同径の凹み部１５ｒが形成されており、この凹み部１５ｒ表面に、摺動板１４が嵌め込まれて例えば接着等により固定される。
【００２９】
摺動板１４及び出力基部１５ｂには、積層圧電素子４０上面に設けられた位置決めピン４３（詳細は後述）が挿入される貫通孔が（位置決めピン挿入孔１４ｈ，１５ｈ）が、それぞれ積層圧電素子４０側の面に形成されている。詳細には、この位置決めピン挿入孔１４ｈ，１５ｈは、それぞれ摺動板１４、出力基部１５ｂ（の凹み部１５ｒ）の中心軸に対応する位置に形成されている。詳細は後述するが、これら位置決めピン挿入孔１４ｈ，１５ｈに、位置決めピン４３を挿入するように組み立てることで、それら部材同士の位置関係が必然的に最適化されて組み上がる。
【００３０】
前記固定板２００は、板部２００ｂと、該板部２００ｂの一方面に設けられた円筒部２００ｃと、を備える。この固定板２００は、その厚み方向に、図７及び図９に示すように軸受け１２の第１部１２ｃの外径と略同径の貫通孔２００Ｈが形成されており、この貫通孔２００Ｈの内周面と、軸受け１２の第１部１２ｃ１の外周面とが例えば接着等により固定されている。換言すれば、この固定板２００には、接着等により固定された摺動板１４と出力部材１５とから成るロータ部組が、図７に示すように軸受け１２を介して回転自在に配設されている。
【００３１】
前記板部２００ｂには、上述したようにロータ機構収容フレーム３１Ｒに設けられたピン３１ｔ１，３１ｔ２が挿入される貫通孔２００ｔｈ１，２００ｔｈ２と、ロータ機構収容フレーム３１Ｒ上に載置された当該板部２００ｂをロータ機構収容フレーム３１Ｒに対して螺子止めする為の貫通孔２００ｐｈ１，２００ｐｈ２と、が形成されている。
【００３２】
さらに、前記板部２００ｂには、図５に示すようにポンプ室１３０に形成された螺子孔ｓｒｈに対応する位置（本例では板部２００ｂの四隅）に貫通孔２００ｓｒｈが形成されている。これら貫通孔２００ｓｒｈは、当該板部２００ｂとポンプ室１３０とを締結する螺子ｓｒが挿通される貫通孔である。
前記ポンプ室１３０のうち固定板２００に対して固定される面には、図２及び図５に示すように固定板２００を締結する為の複数の螺子孔ｓｒｈと、固定板２００と超音波モータ１６０（ロータ機構収容フレーム３１Ｒ）とを締結する螺子ｓｒの頭部を収容する複数の溝部ｇと、が形成されている。
【００３３】
上述したように、固定板２００は、一方面においては上述のロータ機構収容フレーム３１Ｒに設けられたピン３１ｔ１，３１ｔ２を基準として位置合わせされ、且つ、螺子ｓｒによりロータ機構収容フレーム３１Ｒに対して固定されている（超音波モータ１６０に対して固定されている）。そして、固定板２００は、他方面においてはポンプ室１３０に対して螺子ｓｒによって固定されている。
【００３４】
そして、積層圧電素子４０をロータ機構部１０に向かって加圧するバネ２１の押圧力によって、積層圧電素子４０に設けられた摩擦接触子４１が、ロータ表面（摺動板１４表面）に対して、適正な押圧力で接触する（圧接する）。これにより、積層圧電素子４０の楕円振動が、駆動力としてロータ機構部１０に伝達可能となる。
【００３５】
前記押圧機構部２０は、バネ２１とホルダ２２とを備える。
前記バネ２１は、積層圧電素子４０をロータ機構部１０に向かって押圧する為の部材であり、ホルダ２２によって位置決めされる。このバネ２１は、振動体収容フレーム３１Ｐの第３板状部材３１Ｐ３と、積層圧電素子４０と、によって撓んだ状態で挟持される。具体的には、このバネ２１は、例えば板バネやコイルバネ等である。
【００３６】
前記ホルダ２２は、押圧軸２２ａと固定部２２ｆとを備える。詳細には、押圧軸２２ａと、積層圧電素子４０の長手方向の中心軸（捻れ振動の中心軸）とが一致するように、次のように構成されている。
前記押圧軸２２ａは、バネ２１が挿通される軸部材である。このホルダ２２の一方端には後述する固定部２２ｆが設けられており、他方端は振動体収容フレーム３１Ｐの第３板状部材３１Ｐ３に形成された押圧軸挿入孔３１Ｐ３ｈに挿通される。詳細は後述するが、固定部２２ｆは積層圧電素子４０の下面に固定されている為、ホルダ２２の押圧軸２２ａが振動体収容フレーム３１Ｐの第３板状部材３１Ｐ３に設けられた押圧軸挿入孔３１Ｐ３ｈに挿入されることで、積層圧電素子４０の位置が規制され、且つ位置決めが為される（積層圧電素子４０がバネ２１による押圧の方向と垂直な方向に移動することが規制される）。
【００３７】
前記固定部２２ｆは、一方面には押圧軸２２ａが接続され、他方面は、積層圧電素子４０の下面のうち、駆動に寄与する方向についての振動である捻り振動の節位置に対応する位置（幅方向及び厚み方向の中心位置近傍）に、接着等により固定された板状部材である。
【００３８】
この固定部２２ｆは、押圧軸２２ａと一体的に形成されており、積層圧電素子４０と当該固定部２２ｆとによって挟持されて撓んだ状態のバネ２１とによって、ロータ機構部１０に向かって押圧される。すなわち、前記積層圧電素子４０は、固定部２２ｆを介して、バネ２１によってロータ機構部１０に向かって押圧される。
【００３９】
なお、前記ホルダ２２は、振動の伝達を低減する材料（例えば樹脂材）等から成る。これにより、積層圧電素子４０の振動が振動体収容フレーム３１Ｐに伝達されてしまうことを低減することができる。
前記積層圧電素子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、位置決めピン４３と、が設けられている。詳細は後述するが、積層圧電素子４０の長手方向下端面に接着等により固定されているホルダ２２と、上端面に接着等により固定されている位置決めピン４３とを利用して当該超音波モータを組み立てることで、当該積層圧電素子４０の中心軸（捻れ振動における中心軸）とロータ機構部１０の中心軸（回転軸）とが一致した状態で組み上がる。
【００４０】
前記摩擦接触子４１は、積層圧電素子４０上面（ロータ機構部１０に対向する面）のうち駆動に最適な楕円振動が発生する位置近傍に設けられており、ロータ機構部１０の摺動板１４に接触している。
前記位置決めピン４３は、積層圧電素子４０の上面のうち長辺方向且つ短辺方向の中心（ロータ機構部１０の回転軸（中心軸））上に、当該上面に対して垂直に凸となるように当該上面に例えば接着等により固定されている。
【００４１】
この位置決めピン４３は、上述した摺動板１４、出力部材１５の位置決めピン挿入孔１４ｈ，１５ｈに挿入される。積層圧電素子４０上にロータ機構部１０（摺動板１４、出力部材１５）を配設する際に、位置決めピン４３をピン挿入孔１４ｈ，１５ｈに挿入することで、ロータ機構部１０の回転中心と、積層圧電素子４０上面の中心とが一致する。
【００４２】
前記規制部材５１ａ１は、複数（本例では２つ）の突起部５１ａ１ｔが厚み方向に凸に設けられた板状部材であり、螺子止めの為の貫通孔５１ａ１ｈが厚み方向に形成されている。同様に、前記規制部材５１ａ２は、複数（本例では２つ）の突起部５１ａ２ｔが厚み方向に凸に設けられた板状部材であり、螺子止めの為の貫通孔５１ａ２ｈが厚み方向に形成されている。
【００４３】
これら規制部材５１ａ１，５１ａ２は、積層圧電素子４０の主平面（振動体収容フレーム３１Ｐに対向する面）のうち、捻り振動の節位置近傍に、それぞれの突起部５１ａ１ｔ，５１ａ２ｔが接触するように、振動体収容フレーム３１Ｐの外部側から第１板状部材３１Ｐ１、第２板状部材３１Ｐ２に対して当て付けられ、それぞれ貫通孔５１ａ１ｈ，５１ａ２ｈを利用して螺子ｓｒによって螺子止め固定されている。
【００４４】
このように、規制部材５１ａ１，５１ａ２の突起部５１ａ１ｔ，５１ａ２ｔが、積層圧電素子４０の主平面のうち、当該積層圧電素子４０の捻り振動の節位置に接触した状態で固定されることで、当該積層圧電素子４０の振動を阻害せず（当該積層圧電素子４０の長手方向端面に励起される捻り振動の振幅を減少させず）に、当該積層圧電素子４０の回転（ロータ機構部１０の回転と同方向の回転、バネ２１の押圧力の方向に対して垂直な面内の回転）が規制される。
【００４５】
以下、積層圧電素子４０を構成する圧電シートについて詳細に説明する。図１０は、積層圧電素子４０を構成する圧電シートの一構成例を示す図である。同図に示すように、積層圧電素子４０は、３種類の圧電シート（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）から成る。
【００４６】
これら第１の圧電シート４０１、第２の圧電シート４０２、及び第３の圧電シート４０３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。
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、＋相の第１内部電極４０１ａと＋相の第２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。
【００４７】
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、−相の第１内部電極４０２ａと−相の第２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。
ここで、前記＋相の第１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＋相の第２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。
【００４８】
同様に、前記−相の第１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−相の第２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。
【００４９】
ここで、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から成る。また、上述の各内部電極４０１ａ，４０１ｃ，４０２ａ，４０２ｃが設けられている位置は、積層圧電素子４０のうち捻り振動の応力が最大となる位置に対応する位置である。
【００５０】
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。つまり、第３の圧電シート４０３は、絶縁層を成す圧電シートである。
図１１は、積層圧電素子４０の一積層構成例を示す図である。同図に示すように、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、から成る。
【００５１】
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）の積層構成は、上述した各圧電シートが次のように積層されて成る部位である。
《第１積層部位４１１》
第１積層部位４１１は、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、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、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、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、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）。
【００５２】
上述の構成を採る積層圧電素子４０の寸法は、積層圧電素子が有する下記の特性を利用して決定している。すなわち、積層圧電素子の高さｃを一定として、（短辺の長さａ／長辺の長さｂ）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１２に示す特性を得ることができる。すなわち、
・縦１次振動モードにおける共振周波数の値は、（ａ／ｂ）の値に依存せず、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、（ａ／ｂ）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、（ａ／ｂ）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、（ａ／ｂ）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、（ａ／ｂ）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。
【００５３】
上述したような特性の為、本一実施形態においては下記のように（ａ／ｂ）の値を設定する。すなわち、
・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、（ａ／ｂ）の値が０．６〜０．７となるように、積層圧電素子４０の短辺の長さａ及び長辺の長さｂを設定する。
【００５４】
つまり本一実施形態に係る超音波モータにおいては、積層圧電素子４０の中心軸１００ｃ方向に伸縮する縦１次共振振動と、中心軸１００ｃを捻れ軸とする捻れ２次共振振動と、の共振周波数が略一致するように、積層圧電素子４０における短辺の長さａと長辺の長さｂとの比(比率)を設定する。このようにして共振周波数の調整を行うことができるので、従来の技術では必要とされている共振周波数の調整の為の特別な加工等は一切不要になる。
【００５５】
図１３は、積層圧電素子４０の外形を示す図である。図１４は、積層圧電素子４０を、図１３において矢印Ａ１で示す方向から観た図（側面図）である。図１５は、積層圧電素子４０を、図１３において矢印Ａ２で示す方向から観た図（側面図）である。
【００５６】
図１４に示すように、積層圧電素子４０の一方側面には、第２積層部位４１２において端部４０１ａｅ同士，端部４０２ａｅ同士をそれぞれ接続（短絡）する外部電極１０１Ｂ＋，１０１Ｂ−と、第４積層部位４１４において端部４０１ａｅ同士，端部４０２ａｅ同士をそれぞれ接続（短絡）する外部電極１０１Ａ＋，１０１Ａ−が設けられている。外部電極１０１Ａ＋はＡ＋相の外部電極を成し、外部電極１０１Ａ−はＡ−相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｂ＋はＢ＋相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｂ−はＢ−相の外部電極を成している。
【００５７】
また、図１５に示すように、積層圧電素子４０の他方側面には、第２積層部位４１２において端部４０１ｃｅ同士，端部４０２ｃｅ同士をそれぞれ接続（短絡）する外部電極１０１Ｄ＋，１０１Ｄ−と、第４積層部位４１４において端部４０１ｃｅ同士，端部４０２ｃｅ同士をそれぞれ接続（短絡）する外部電極１０１Ｃ＋，１０１Ｃ−が設けられている。外部電極１０１Ｃ＋はＣ＋相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｃ−はＣ−相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｄ＋はＤ＋相の外部電極を成し、外部電極１０１Ｄ−はＤ−相の外部電極を成している。
【００５８】
なお、図示はしていないが、これらの各外部電極には例えばＦＰＣが固着されており、該ＦＰＣを介して所定の電源から駆動電圧が印加される。
ここで、積層圧電素子４０のうち、少なくとも、＋相の第１内部電極４０１ａと−相の第１内部電極４０２ａとが互いに対向する部分、及び、＋相の第２内部電極４０１ｃと−相の第２内部電極４０２ｃとが互いに対向する部分は、圧電的に活性化された圧電活性化領域である。詳細には、＋相の第１内部電極４０１ａと−相の第１内部電極４０２ａとの間、及び、＋相の第２内部電極４０１ｃと−相の第２内部電極４０２ｃとの間には高電圧が印加されて圧電的に活性化されている。
【００５９】
ところで、上述した第４積層部位４１４に対応する電極層であるＡ相、及び第２積層部位４１２に対応する電極層であるＢ相の各内部電極に、互いに位相が異なる交番電圧を印加することで、積層圧電素子４０の厚み方向（積層方向）に分極されてなる活性化領域において縦1次共振振動と捻れ２次共振振動とが励起され、積層圧電素子４０の端面において楕円振動が励起され、摩擦接触子４１によって摺動板１４が回転駆動される。
【００６０】
詳細には、Ａ相とＢ相とに同位相の交番電圧を印加することで、積層圧電素子４０には縦振動が励起される。また、Ａ相とＢ相とに位相差が１８０度（逆位相）の交番電圧を印加することで、積層圧電素子４０には捻れ振動が励起される。そして、Ａ相とＢ相とに位相差が９０度の交番電圧を印加することで、積層圧電素子４０には縦振動と捻れ振動とが同時に励起され、その端面において楕円振動が励起される。このように、本一実施形態に係る超音波モータでは、積層圧電素子４０の圧電横効果を利用して駆動を行う。
【００６１】
なお、積層圧電素子４０のＣ相とＤ相とについては、それぞれＡ相、Ｂ相と同様に駆動電圧を印加することで、当該超音波モータの駆動力をより大きくすることができる。また、積層圧電素子４０のＣ相とＤ相を、積層圧電素子４０の振動を検出する為の振動検出相として利用しても勿論よい。
【００６２】
ところで、本一実施形態に係る超音波モータでは、内部電極４０１ａ，４０１ｃ，４０２ａ，４０２ｃが各圧電シートにおいて設けられている位置は、当該積層圧電素子４０に励起させる捻れ２次振動の腹部に対応する位置である。換言すれば、各内部電極４０１ａ，４０１ｃ，４０２ａ，４０２ｃは、捻り２次振動の応力が最大となる位置に設けられている。
【００６３】
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実現した液体搬送装置を提供することができる。
本一実施形態に係る液体搬送装置１の具備する超音波モータ１６０は低速且つ高トルクを実現可能なモータであり、液体搬送装置の高吐出圧化を実現する為に減速ギア等を設ける必要がない。つまり、本一実施形態によれば、液体搬送装置のうちモータ部分が占める体積を減少させることができる。
【００６４】
さらに、本一実施形態に係る液体搬送装置１では、ポンプ室１３０と超音波モータ１６０とが固定板２００を介して一体化されており、超音波モータ１６０の出力軸１５ａがポンプ室１３０内における液体搬送の為の部材として用いられている。この構成は、装置全体としての小型化に大きく寄与している。また、この構成は部品点数の削減にも寄与している。
【００６５】
本一実施形態に係る液体搬送装置のように駆動部（モータ）のトルクが大きい場合、当該液体搬送装置によって搬送される液体が高粘度の液体であっても搬送が可能である。従って、液体内に異物が混入した場合であっても、問題なく搬送可能である。
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。
【００６６】
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】
【００６７】
１…液体搬送装置、  １０…ロータ機構部、  １２ｃ１，１２ｃ２…円筒部、  １３ａ…軸部、  １３ｇ…歯車部、  １３Ｈ…貫通孔、  １４…摺動板、  １４ｈ，１５ｈ…ピン挿入孔、  １５ａ…出力軸、  １５…出力部材、  １５ｂ…出力基部、  １５ｈ…溝部、  １５ｒ…凹み部、  ２００ｐｈ１，２００ｐｈ２…貫通孔、  ２００Ｈ…貫通孔、  １９…スペーサ、  ２０…押圧機構部、  ２１…バネ、  ２２…ホルダ、  ２２ａ…押圧軸、  ２２ｆ…固定部、  ３１…フレーム、  ３１Ｐ…振動体収容フレーム、  ３１Ｒ…ロータ機構収容フレーム、  ３１Ｐ１，３１Ｐ２，３１Ｐ３…板状部材、  ３１Ｐ１ｓｈ…螺子孔、  ３１Ｐ１ｔｈ…貫通孔、  ３１Ｐ３ｈ…押圧軸挿入孔、  ３１Ｐ…振動子収容フレーム、  ３１Ｒ１，３１Ｒ２…コ字状部材、  ３１Ｒ１ｈ，３１Ｒ２ｈ…螺子孔、  ３１ｔ１，３１ｔ２…ピン、  ３１…フレーム、  ４０…積層圧電素子、  ４１…摩擦接触子、  ４３…ピン、  ５１ａ１ｔ，５１ａ２ｔ…突起部、  ５１ａ１ｈ，５１ａ２ｈ…貫通孔、  ５１ａ１，５１ａ２…規制部材、  １００ｃ…中心軸、  １０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ…外部電極、  １３０…ポンプ室、  １３０ｔ−１，１３０ｔ−２…突起部、  １３０Ｈ−１…液体搬送空間、  １３０Ｈ−２…液体供給孔、  １６０…超音波モータ、  ２００…固定板、  ２００ｃ…円筒部、  ２００ｂ…板部、  ３００…ベアリング部材。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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