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【発明の名称】 圧電振動子及び圧電ポンプ
【発明者】 【氏名】佐藤 昭

【要約】 【課題】圧電ポンプに用いる圧電振動子であって、圧電体に対する電気配線の耐久性及び信頼性に優れ、液密性に悪影響を与えることがなく、長期に渡る良好な振動作用が得られる圧電振動子を得る。

【解決手段】金属板からなるシムの表裏の少なくとも一方に圧電体を積層し、この圧電体の表裏に交互に正負電位を与えることにより振動する圧電振動子において、圧電体の表裏に形成した表面電極と裏面電極;シムに径方向に突出させて形成した配線突起;及び配線突起上に、互いに非導通として形成され、表面電極と裏面電極にそれぞれ導通する表面用端子と裏面用端子;を有し、 表面用端子と裏面用端子にそれぞれ外部配線が接続されている圧電振動子。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属板からなるシムの表裏の少なくとも一方に圧電体を積層し、この圧電体の表裏に交互に正負電位を与えることにより振動する圧電振動子において、
上記圧電体の表裏に形成した表面電極と裏面電極;
上記シムに径方向に突出させて形成した配線突起;及び
この配線突起上に、互いに非導通として形成され、上記表面電極と裏面電極にそれぞれ導通する表面用端子と裏面用端子;
を有し、
上記表面用端子と裏面用端子にそれぞれ外部配線が接続されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項2】
請求項1記載の圧電振動子において、圧電体の表面電極は、裏面電極とは非導通にして該圧電体の裏面に形成した取出電極を介して、上記表面用端子に導通している圧電振動子。
【請求項3】
請求項2記載の圧電振動子において、圧電体の表面電極と取出電極は、該圧電体の側面に形成した側面電極を介して導通している圧電振動子。
【請求項4】
請求項2記載の圧電振動子において、圧電体の表面電極と取出電極は、該圧電体の周縁部に形成したスルーホール内に形成したスルーホール電極を介して導通している圧電振動子。
【請求項5】
請求項1から4のいずれか1項記載の圧電振動子において、上記表面用端子と裏面用端子は、シムの配線突起上に積層形成した薄膜体からなっている圧電振動子。
【請求項6】
請求項1ないし5のいずれか1項記載の圧電振動子において、圧電体の裏面電極とシムとの間には、該裏面電極に面接触する導通面と上記裏面用端子とを一体に有する中間導電層と、該中間導電層とシムとを絶縁する絶縁層とが介在している圧電振動子。
【請求項7】
請求項1ないし6のいずれか1項記載の圧電振動子において、シムの配線突起の一部が、上記表面用端子を構成している圧電振動子。
【請求項8】
請求項1ないし7のいずれか1項記載の圧電振動子において、シムの表裏に対称に上記圧電体を含む構造体が備えられている圧電振動子。
【請求項9】
請求項1ないし8のいずれか1項記載の圧電振動子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を設けた圧電ポンプ。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、交流電圧印加により振動する圧電振動子及び該圧電振動子を有する圧電ポンプに関する。
【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、圧電振動子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、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、薄型にでき、例えば水冷ノート型パソコンの冷却水循環ポンプとして用いられる。
【0003】
圧電振動子は、圧電体を、シム(金属薄板)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、表裏の一方が延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11-74576号公報
【特許文献2】特開2006-144761号公報
【特許文献3】特開2006-66795号公報
【特許文献4】特開2005-201235号公報
【特許文献5】特開2001-193655号公報
【特許文献6】実開平5-7957号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
圧電振動子では、シム表裏の振動する圧電体に対する電気配線構造が問題となっている。従来は、シム表裏の圧電体の露出面に対してリード線を個別に接続し、この個別配線を外部で結線していた。しかしながら、リード線を圧電体の露出面に直接接続すると、シムの振動により、リード線が断線しやすく、また、リード線が接続部外で接触してショートを起こす等の不具合が生じる。また圧電体の表面に接続したリード線は、必ず圧電振動子の支持部(Oリング)を通過しなければならないため、液密性に悪影響を与え、配線作業性も悪い。
【0005】
本発明は、以上の問題意識に基づき、圧電体に対する電気配線の耐久性及び信頼性に優れ、液密性に悪影響を与えることがなく、長期に渡る良好な振動作用が得られる圧電振動子及び該圧電振動子を用いた長期に渡る良好なポンプ作用が得られる圧電ポンプを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、シムに径方向に突出させて形成した配線突起上に固定的に外部配線を接続する表面用端子と裏面用端子を形成し、この表面用端子と裏面用端子を圧電体の表裏の表面電極と裏面電極に導通させれば、圧電振動子の非振動部分から配線を取り出すことができるという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、金属板からなるシムの表裏の少なくとも一方に圧電体を積層し、この圧電体の表裏に交互に正負電位を与えることにより振動する圧電振動子において、圧電体の表裏に形成した表面電極と裏面電極;シムに径方向に突出させて形成した配線突起;及び配線突起上に、互いに非導通として形成され、表面電極と裏面電極にそれぞれ導通する表面用端子と裏面用端子;を有し、 表面用端子と裏面用端子にそれぞれ外部配線が接続されていることを特徴としている。
【0008】
圧電体の表面電極は、裏面電極とは非導通にして圧電体の裏面に形成した取出電極を介して、表面用端子に導通させることができる。この表面電極と取出電極は、圧電体の側面に形成した側面電極を介して、あるいは、圧電体の周縁部に形成したスルホール内に形成したスルホール電極を介して、互いに導通させることができる。側面電極及びスルホール電極は、圧電体の周縁を液密に保持するOリングの外側に位置する。
【0009】
表面用端子と裏面用端子は、シムの配線突起上に積層形成した薄膜体から構成するのが実際的である。
【0010】
圧電体の裏面電極と裏面用端子とは、例えば、圧電体の裏面電極とシムとの間に、該裏面電極に面接触する導通面と裏面用端子とを一体に有する中間導電層と、該中間導線層とシムとを絶縁する絶縁層とを介在させて電気的に接続することができる。
【0011】
シムは一般的に導電性であるから、シムの配線突起の一部を表面用端子としてもよい。
【0012】
本発明の圧電振動子は、シムの表裏に対称に上記圧電体を含む構造体が備えられているバイモルフ型として構成することもできる。
【0013】
本発明の圧電振動子は、少なくとも圧電ポンプに用いることができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明の圧電振動子は、圧電体の表面電極と裏面電極に対して、シムの径方向に突出する、配線突起上の表面用端子と裏面用端子を介して給電するので、給電構造が圧電体の振動の影響を受けることがすくない。このため、圧電体に対する電気配線の耐久性及び信頼性に優れ、液密性に悪影響を与えることがなく、従って長期に渡る良好な振動作用(ポンプ作用)が得られる圧電振動子及び圧電ポンプを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
図12ないし図14は、本発明が対象とする圧電振動子10を有する圧電ポンプ20の一例を示している。この圧電ポンプ20は、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、Oリング27を介して圧電振動子10が液密に挟着支持されていて、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を連通させる吐出流路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。
【0018】
逆止弁32、33は、同一の形態であり、流路に接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。
【0019】
以上の圧電ポンプは、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の容積が縮小する行程では、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させる(振動させる)ことで、ポンプ作用が得られる。
【0020】
本発明は、例えば以上のような圧電ポンプ20における圧電振動子10に対する給電構造を特徴としている。図1ないし図9はその一実施形態である。図2、図3では、図12から図14の圧電ポンプ20で示したロアハウジング21の図示を省略し、かつミドルハウジング22の逆止弁32、33の図示も省略している。
【0021】
圧電振動子10は、ポンプ室P側に臨むシム11と、大気室A側に臨む圧電体12とを備えている。シム11は、導電性の金属薄板材料、例えば厚さ50〜300μm程度のステンレス、42アロイ等の薄板からなっており、図4、図5に示すように、円形の本体部から径方向に突出する配線突起11aを有している。
【0022】
圧電体12は、例えば厚さ50〜300μm程度のPZT(Pb(Zr、Ti)O3)等の圧電材料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。このような圧電振動子は周知である。この圧電体12の表裏にはそれぞれ、図4、図5に示すように、巨視的にはシム11に対応する円形の表面電極12aと裏面電極12bが形成されている。表面電極12aは、その周縁一部を径方向に延長した径方向延長電極12c、圧電体12の側面に延びる側面電極12d及び裏面周縁に至る取出電極12eを連続して有し、裏面電極12bは、取出電極12eを避ける(裏面電極12bと取出電極12eを非接触とする)切除部12f(図5)を有している。このような表面電極12aないし取出電極12eは、例えば導電ペースト(銀ペースト)を焼成(スクリーン印刷)することで形成することができる。
【0023】
シム11と圧電体12の間には、シム11側から順に、絶縁層13と中間導電層14が積層状態で位置している。全体として円形をなす絶縁層13は、シム11の配線突起11a上に延びる径方向延長部13aを有し、この径方向延長部13aに隣り合わせて、取出電極12e(切除部12f)に対応する切欠部13bを有している。この切欠部13b内には、表面用端子(表面電極取出用端子)15の内側端部が位置していて、該内側端部が取出電極12eに導通している。表面用端子15の外側端部は、絶縁層13と同一面上において径方向延長部13aに隣り合わせて配線突起11aの上に延びている。配線突起11a上での構成は、図6ないし図9に詳細に示している。
【0024】
中間導電層14は、裏面電極12bと全面的に接触(導通)する円形部(導通面)から径方向に延びる裏面用端子(裏面電極取出用端子)14aを有しており、この裏面用端子14aは、絶縁層13の径方向延長部13aの上に、表面用端子15と平行に非接触で延びている。中間導電層14には、取出電極12e及び表面用端子15を避ける(非接触とする)切欠14bが形成されている。これらの絶縁層13、中間導電層14及び表面用端子15は、例えば、印刷、コーティング、フィルム等の技術によって形成することができる。
【0025】
上記構成の本圧電振動子10は、完成状態では、シム11の配線突起11aの上に、膜状体からなる裏面用端子14aと表面用端子15が互いに平行に非接触で延びており、裏面用端子14aと表面用端子15がそれぞれ裏面電極12bと表面電極12aに導通している。シム11は、アッパハウジング23とミドルハウジング22に形成した、互いに係合する取出凹部23aと取出凸部22aの間の空間を通って外部に導かれ、外部露出端において、この裏面用端子14aと表面用端子15には、外部配線16、17(図6)が接続されている。
【0026】
従って、外部配線16と17の間に交番電流を印加すると、前述の動作原理により、圧電振動子10が正逆に弾性変形(振動)し、ポンプ作用が得られる。
【0027】
この振動に際し、本実施形態の圧電振動子10は、シム11の配線突起11a上に形成されている表面用端子15と裏面用端子14aを介して、圧電体12の表面電極12aと裏面電極12bとに給電されるため、配線接続部が振動の影響を受けることがない。
【0028】
図10は、本発明の別の実施形態を示している。この実施形態は、第一の実施形態の径方向延長電極12c及び側面電極12dに代えて、圧電体12の周縁にスルホール電極(スルホール内に形成した電極)12tを形成したもので、表面電極12aと表面用端子15とがこのスルホール電極12tを介して導通している。スルホール電極12tは、圧電振動子10の周縁の液密を保持するOリング27の外側に位置する。
【0029】
また、図11は、表面用端子15を廃止し、その代わりにシム11の配線突起11aの一部を圧電体12側に凸となるよう折り曲げて、表面電極12aの取出電極12eに導通する折曲表面用端子11bを形成した実施形態である。このようにシム11の配線突起11aの一部を表面電極12aに導通する表面用端子として用いれば、膜構成を単純化することができる。シム11の配線突起11aは、折り曲げ加工せずに、その一部を取出電極12eに導通する表面用端子と用いてもよい。
【0030】
また、以上の実施形態は、いずれもシム11の片面に圧電体12を設けたユニモルフ型圧電振動子に本発明を適用したものであるが、シム11の両面に対称に上記背機構構造体を設けてバイモルフ型としてもよい。この実施形態では、表裏の一対の圧電体12の分極方向は同一方向とし、一対の表面用端子15を接続する。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明の圧電振動子を用いた圧電ポンプの概略構成を示す平面図である。
【図2】図1のII-II線に沿う断面図である。
【図3】同分解斜視図である。
【図4】本発明による圧電振動子の一実施形態を示す分解斜視図である。
【図5】同図4とは反対の方向から見た背面分解斜視図である。
【図6】圧電振動子のシムの配線突起回りの拡大平面図である。
【図7】図6のVII-VII線に沿う断面図である。
【図8】図6のVIII-VIII線に沿う断面図である。
【図9】圧電振動子のシムの配線突起回りの斜視図である。
【図10】本発明による圧電振動子の別の実施形態を示す、図7に対応する背面斜視図である。
【図11】本発明による圧電振動子の別の実施形態を示す、図5に対応する断面図である。
【図12】本発明の圧電振動子を用いた圧電ポンプの具体例を示す平面図である。
【図13】図12のII-II線に沿う断面図である。
【図14】同分解斜視図である。
【符号の説明】
【0032】
11 圧電振動子
11 シム
11a 配線突起
12 圧電体
12a 表面電極
12b 裏面電極
12c 径方向延長電極
12d 側面電極
12e 取出電極
12f 切除部
13 絶縁層
13a 径方向延長部
13b 切欠部
14 中間導電層
14a 裏面用端子
14b 切欠
15 表面用端子
16 17 外部配線
【出願人】 【識別番号】000010098
【氏名又は名称】アルプス電気株式会社
【出願日】 平成19年1月17日(2007.1.17)
【代理人】 【識別番号】100083286
【弁理士】
【氏名又は名称】三浦 邦夫


【公開番号】 特開2008−173546(P2008−173546A)
【公開日】 平成20年7月31日(2008.7.31)
【出願番号】 特願2007−7728(P2007−7728)