(57)【要約】【課題】周縁を液密に保持した圧電振動子の表裏の一方の面にＯリングを接触させてポンプ室を形成し、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、圧電振動子の変位を抑制することなく、圧電振動子の耐湿性（耐水性）を高めることができる圧電ポンプを得る。【解決手段】圧電振動子は、導電性金属薄板からなる少なくとも一枚のシムと少なくとも一層の圧電体層との交互積層構造を有し、かつ、この圧電振動子のポンプ室側の面のみに、ゴム材料からなるゴム保護膜が積層接着されている圧電ポンプ。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周縁を液密に保持した圧電振動子の表裏の一方の面にＯリングを接触させてポンプ室を形成し、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、
上記圧電振動子は、導電性金属薄板からなる少なくとも一枚のシムと少なくとも一層の圧電体層との交互積層構造を有し、かつ、この圧電振動子のポンプ室側の面に、ゴム材料からなるゴム保護膜が積層接着されている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、上記圧電振動子の圧電体層は、該圧電振動子のシムと上記ゴム保護膜との間に位置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、上記ゴム保護膜の圧電振動子との接触面には、平面的に見て上記Ｏリングとその全周に沿って少なくとも一部が重なる、該圧電振動子に給電するための環状電極が備えられている圧電ポンプ。
【請求項４】
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、上記圧電振動子は、メインシムの表裏に圧電体層を有するバイモルフ型であり、このメインシムの表裏の圧電体層のうちポンプ室とは反対側の空気室側の圧電体層上に保護シムが積層接着されている圧電ポンプ。
【請求項５】
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、上記圧電振動子は、メインシムの片側に圧電体層を有するユニモルフ型であり、ポンプ室とは反対側の空気室側の圧電体層上の保護シムを兼ねるメインシムが積層接着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、上記ゴム保護膜には、圧電振動子とポンプ室との液密を保持する上記Ｏリングが一体に成形されている圧電ポンプ。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項記載の圧電ポンプにおいて、上記ゴム保護膜は、ＥＰＤＭ、ブチルゴムのいずれかからなっている圧電ポンプ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項記載の圧電ポンプにおいて、上記ゴム保護膜の厚さは、０．１〜０．２ｍｍである圧電ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動する圧電振動子によってポンプ作用を得る圧電ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電ポンプは、周縁を液密に保持した圧電振動子の表裏に、ポンプ室と大気室を形成し、ポンプ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（ポンプ室への流体流を許す逆止弁とポンプ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、ポンプ室の容積が変化し、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小型にできるため、本出願人は、水冷ノート型パソコンの冷却水循環ポンプとして用いる圧電ポンプを開発中である。
【特許文献１】特開平７-３０１１８１号公報
【特許文献２】特開平１０-２１３０７３号公報
【特許文献３】特開２００７-１３８８８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この圧電ポンプでは、圧電振動子のポンプ室側の面は、常時液体に接触するため、圧電振動子に耐湿構造が要求される。従来、圧電振動子を耐湿構造にするために、圧電振動子全体を樹脂材料でモールドする、つまり外面全体を樹脂材料で覆うことが提案されている。また樹脂材料ではなく、ゴム材料（例えばシリコンゴム）でモールドしたものも知られている。
【０００４】
しかし、圧電振動子全体をモールドすると、該圧電振動子の変形容易性が犠牲にされ（変位が抑制され）、ポンプ効率が低下する。
【０００５】
従って本発明は、圧電振動子の変位を抑制することなく、圧電振動子の耐湿性を高めることができる圧電ポンプを得ることを目的とする。また、本発明は、圧電振動子の大気室側の圧電体層にクラック（割れ）が発生するおそれが少ない、耐久性の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、圧電振動子全体を樹脂材料（もしくはゴム材料）でモールドする代わりに、別体として形成したゴム保護膜を圧電振動子のポンプ室側の面に積層接着すれば、圧電振動子の変形を抑制することなく耐湿性（耐水性）を高めることができるとの着眼に基づいてなされたものである。
【０００７】
すなわち本発明は、周縁を液密に保持した圧電振動子の表裏の一方の面にＯリングを接触させてポンプ室を形成し、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、圧電振動子は、導電性金属薄板からなる少なくとも一枚のシムと少なくとも一層の圧電体層との交互積層構造を有し、かつ、この圧電振動子のポンプ室側の面のみに、ゴム材料からなるゴム保護膜が積層接着されていることを特徴としている。
【０００８】
圧電振動子の圧電体層は、該圧電振動子のシムとゴム保護膜との間に位置させることが好ましい。
【０００９】
ゴム保護膜の圧電振動子との接触面には、平面的に見てＯリングとその全周に沿って少なくとも一部が重なる、該圧電振動子に給電するための環状電極を設けることが好ましい。
【００１０】
圧電振動子は、メインシムの表裏に圧電体層を有するバイモルフ型を用いることができる。このとき、メインシムの表裏の圧電体層のうちポンプ室とは反対側の空気室側の圧電体層上には保護シムを積層接着することで、該圧電体層のクラック発生を抑制することができる。また圧電振動子は、メインシムの片側に圧電体層を有するユニモルフ型であり、ポンプ室とは反対側の空気室側の圧電体層上の保護シムを兼ねるメインシムが積層接着する構造でもよい。
【００１１】
ゴム保護膜には、圧電振動子とポンプ室との液密を保持するＯリングを一体に成形することが可能である。
【００１２】
ゴム保護膜（及び一体に成形するＯリング）は、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）、ブチルゴムのいずれかから構成することができる。
【００１３】
（Ｏリングを除く）ゴム保護膜の厚さは、０．１〜０．２ｍｍ程度とするのがよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による圧電ポンプは、圧電振動子全体をゴム材料でモールドする代わりに、別体として形成したゴム保護膜を圧電振動子のポンプ室側の面に積層接着したので、圧電振動子の変形を抑制することなく耐湿性（耐水性）を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１及び図２は、本発明が対象とする圧電ポンプの基本構造を示している。この圧電ポンプ２０は、図示下方から順に積層したロアハウジング２１、ミドルハウジング２２及びアッパハウジング２３を有している。
【００１６】
ロアハウジング２１には、冷却水（液体）の吸入ポート２４と吐出ポート２５が開口している。ミドルハウジング２２とアッパハウジング２３の間には、一対の環状狭着部材（Ｏリング２７、ガイド２８）を介して、圧電振動子１０とその裏側（ポンプ室Ｐ側）に配置した環状電極端子２９が液密に狭着支持されていて、該圧電振動子１０とミドルハウジング２２との間にポンプ室Ｐを構成している。圧電振動子１０とアッパハウジング２３との間には、大気室Ａが形成される。大気室Ａは、開放しても密閉してもよい。
【００１７】
ロアハウジング２１とミドルハウジング２２には、吸入ポート２４とポンプ室Ｐを連通させる吸入流路３０、及びポンプ室Ｐと吐出ポート２５を連通させる吐出経路３１がそれぞれ形成されており、ミドルハウジング２２には、この吸入流路３０と吐出流路３１にそれぞれ逆止弁（アンブレラ）３２、３３が設けられている。逆止弁３２は、吸入ポート２４からポンプ室Ｐへの流体流を許してその逆の流体流を許さない吸入側逆止弁であり、逆止弁３３は、ポンプ室Ｐから吐出ポート２５への流体流を許してその逆の流体流を許さない吐出側逆止弁である。図示実施形態の逆止弁３２、３３は、同一の形態であり、流路に接着もしくは溶着固定される穴あき基板３２ａ、３３ａに、弾性材料からなるアンブレラ３２ｂ、３３ｂを装着してなっている。
【００１８】
またロアハウジング２１には、吸入流路３０及び吐出経路３１とは隔離させた位置に矩形状の収納凹部２１ａが形成されており、この収納凹部２１ａとミドルハウジング２２の間に、圧電振動子１０を駆動制御するドライバ回路基板２６が液密に収納されている。
【００１９】
圧電ポンプ２０は、圧電振動子１０が正逆に弾性変形（振動）すると、ポンプ室Ｐの容積が拡大する行程では、吸入側逆止弁３２が開いて吐出側逆止弁３３が閉じるため、吸入ポート２４からポンプ室Ｐ内に液体が流入する。一方、ポンプ室Ｐの容積が減少する行程では、吐出側逆止弁３３が開いて吸入側逆止弁３２が閉じるため、ポンプ室Ｐから吐出ポート２５に液体が流出する。したがって、圧電振動子１０を正逆に連続させて弾性変形（振動）させることで、ポンプ作用が得られる。
【００２０】
平面円形をなす圧電振動子１０は、図１、図３、図４に示すように、メインシム１１の表裏に圧電体層１２ｆ、１２ｒが積層接着された構造となっており、大気室Ａ側に面する圧電体層１２ｆの上には保護シム１３が積層接着され、ポンプ室Ｐ側に面する圧電体層１２ｒの上には、ゴム保護膜１４が積層接着されている。表側（大気室Ａ側）の圧電体層１２ｆはメインシム１１の径よりも小さく形成され、ガイド２８は、メインシム１１の表側（大気室Ａ側）の圧電体層１２ｆの外形部外側部分に位置してメインシム１１を狭着支持する。なお、図２においては、圧電振動子１０の圧電体層１２ｆ、１２ｒ、メインシム１１は省略して表している。
【００２１】
メインシム１１は、厚さ３０〜５００μｍ程度のステンレスや４２アロイ等からなる導電性金属薄板であり、圧電体層１２ｆ、１２ｒを支持するための剛性を有している。
【００２２】
メインシム１１の表裏の圧電体層１２ｆ、１２ｒは、例えば厚さ５０〜５００μｍ程度のＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3）等の圧電材料から構成されるもので、表裏方向に分極処理が施されている。表裏の圧電体層１２ｆ、１２ｒの分極方向は同一方向である。圧電体層１２ｆ、１２ｒは圧電材料の表面に１〜１０μｍ程度のＡｇもしくはＡｕ等の薄い金属膜（図示しない）が積層されており、この金属膜が電極層としての機能を有している。このような圧電振動子はバイモルフ型（パラレル接続）として周知である。各圧電体層１２ｆ、１２ｒの表裏に同一の交番電界が与えられると、圧電体層１２ｆ、１２ｒの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１１（圧電振動子１０）が中央部の振幅が最も大きくなるように振動する。また圧電素子１０は分極方向を逆に配置するバイモルフ型（シリーズ接続）、もしくは圧電体層が一層のユニモルフ型でもよい。
【００２３】
保護シム１３は、メインシム１１と同様に、厚さ５〜５００μｍ程度のステンレスや４２アロイ等からなる導電性金属薄板である。この保護シム１３は、例えば大気室Ａ側の圧電体層１２ｆ全体を覆う径を有しているが、小さくてもよい。この保護シム１３を設けることにより、大気室Ａ側の圧電体層１２ｆに加わる引張応力を緩和し、クラックの発生を防止することができる。なお、圧電振動子１０は上述のように表側（大気室Ａ側）の圧電体層１２ｆはメインシム１１の径よりも小さく形成され、ガイド２８が、メインシム１１の表側（大気室Ａ側）圧電体層１２ｆの外形部外側部分にメインシム１１を狭着支持する構造となっているが、表側（大気室Ａ側）圧電体層１２ｆをメインシム１１と同径とし、ガイド２８が表側（大気室Ａ側）圧電体層１２ｆ上に当接する構造であっても良い。
【００２４】
ゴム保護膜１４は、ポンプ室Ｐ側に位置する圧電体層１２ｒ上に粘着材もしくは接着材により積層接着して、ポンプ室Ｐ内に出入りする流体から該圧電体層１２ｒを保護し耐湿性（耐水性）を向上させるものである。ここで、粘着材は導電性粘着材とすることもできる。
【００２５】
このゴム保護膜１４は、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）、ブチルゴムのいずれかから構成するものである。このゴム保護膜１４の厚さは、０．１〜０．２ｍｍとするのがよい。０．１ｍｍ未満では十分な耐湿効果を得ることができなくなる。またゴム保護膜１４を厚くしすぎると、圧電振動子の変位が抑制される方向となり好ましくない。ここで、ゴム保護膜１４の厚さについては、耐環境性（-０℃〜７０℃）が優れ、且つ耐湿性（耐水性）の優れたＥＰＤＭ系のゴム材質で、硬度７０（Ｈｓ）程度を想定した場合のものである。したがって、十分な耐湿効果が得られる厚さ以上で、圧電体の変位を阻害しない厚さ以下であれば、特に０．１〜０．２ｍｍ程度に限定されるものではない。
【００２６】
ゴム保護膜１４と圧電振動子１１の間に位置する環状電極端子２９は、メインシム１１の裏の圧電体層１２ｒの露出面（電極層）と環状に接触して電気的に導通している。さらに圧電振動子１０の表に位置する保護シム１３はメインシム１１の表の圧電体層１２の露出面と同心円状に接触して電気的に導通している。メインシム１１、保護シム１３及び環状電極端子２９はそれぞれ、周縁部に配線接続用の配線突起１１ａ、１３ａ及び２９ａを有し、ミドルハウジング２２には、この配線突起１１ａ、１３ａ及び２９ａに対応する突出凹部２２ａがポンプ室Ｐに連なって形成されている。これらの配線突起１１ａ、１３ａ、２９ａに接続された配線（図示しない）により、ドライバ回路基板２６に接続され、圧電振動子１０に電圧を印加する。
【００２７】
環状電極端子２９の径は、Ｏリング２７の径と実質的に同一径であり、両者は平面的に見て交差することがない。すなわち、環状電極端子２９とＯリング２７は、その少なくとも一部がその全周に沿って重なる関係、あるいはＯリング２７が環状電極端子２９を全周に渡って押圧できるように形成されている関係である。従ってＯリング２７と環状電極端子２９が重なったとき、Ｏリング２７は一平面内に位置し、微小な凹凸が生じることはなく、Ｏリング２７に生じる微小な凹凸が液密性能に悪影響を与えることがない。
【００２８】
上記構成の本圧電ポンプ２０は、メインシム１１の配線突起１１ａと保護シム１３の配線突起１３ａの間（表側圧電体層１２ｆの表裏間）、及びメインシム１１の配線突起１１ａと環状電極端子２９の配線突起２９ａの間（裏側圧電体層１２ｒの表裏間）にそれぞれ交番電界を与えると、圧電振動子１０が振動して上述のポンプ作用が得られる。このポンプ作用に際し、常時液体が接触する圧電振動子１０のポンプ室Ｐ側の面にはゴム保護膜１４が積層接着されているため、圧電振動子１０の耐湿性が液体によって悪影響を受けることがない。また、ゴム保護膜１４は、別体として加硫成形され、圧電振動子１０に粘着材もしくは接着剤を介して積層接着されているため、圧電振動子１０の全体をモールドする従来品に比べ、圧電振動子１０の変形抑制作用は小さい。モールドの際に圧電振動子１０が熱の影響を受けることもない。またゴム保護膜１４の材料、厚さの選定により、耐湿性（耐水性）を高めることができる。ここで、粘着材を導電性のあるものとすることで、環状電極端子２９と圧電体層１２ｒ表面の電極層の電気的接続を安定化することもできる。
【００２９】
また、圧電振動子１０には、ポンプ室Ｐ側から常時液体圧力が加わり、その結果、大気室Ａ側の圧電体層１２ｆには引張応力が加わる。この引張応力は液体の温度が高くなるほど大きくなる。この引張応力に対し、本実施形態によれば、大気室Ａ側の圧電体層１２ｆに積層接着した保護シム１３がよく抵抗する。すなわち、圧電体層１２ｆに加わる引張応力は、保護シム１３によって緩和され、圧電体層１２ｆにクラックが発生するのを防止し、あるいは圧電体層１２ｆの寿命を長くすることができる。なお、大気室Ａ側の圧電体層１２ｆに加わる引張応力は、圧電振動子１０の中心部で最も大きく、周縁部では小さくなる。このため、保護シム１３は、圧電体層１２ｆより小径としても、一定の応力緩和効果を得ることができる。
【００３０】
図５は、ゴム保護膜１４とＯリング２７を一体に加硫成形した実施形態を示している。この実施形態によれば、部品点数を減らし、組立及び部品管理を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明が対象とする圧電ポンプの基本構造を示す分解斜視図である。
【図２】同圧電ポンプの断面図である。
【図３】本発明による圧電ポンプの一実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図４】同圧電ポンプの圧電振動子の模式分解斜視図である。
【図５】本発明による圧電ポンプ用圧電振動子に積層接着する保護ゴム膜とＯリングとを一体成形した実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  圧電振動子
１１  メインシム
１１ａ  配線突起
１２  １２ｆ  １２ｒ  圧電体層
１３  保護シム
１３ａ  配線突起
１４  ゴム保護膜
２０  圧電ポンプ
２１  ロアハウジング
２２  ミドルハウジング
２３  アッパハウジング
２４  吸入ポート
２５  吐出ポート
２９  環状電極端子
２９ａ  配線突起
３０  吸入流路
３１  吐出流路
３２  ３３  逆止弁
Ａ  大気室
Ｐ  ポンプ室
【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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