JP4940042B2

JP4940042B2 - 圧電ポンプ

Info

Publication number: JP4940042B2
Application number: JP2007193284A
Authority: JP
Inventors: 聡山田; 二郎中島
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2027-07-25
Also published as: JP2009030471A

Description

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。

圧電ポンプは、周縁を液密に保持した平面円形の圧電振動子の表裏の少なくとも一方に、Ｏリングを介してポンプ室を形成し、該圧電振動子を振動させることでポンプ作用を得ている。本出願人は、このような圧電ポンプをノート型ＰＣの水冷システムに用いることを検討中である。
特開平10-220357号公報特開2000-287468号公報特開2001-263486号公報特開2002-130135号公報特開2006-144761号公報特開2007-46551号公報

圧電振動子は、導電性金属薄板からなるシムの表裏の一面に圧電体層を形成したユニモルフ型と両面に圧電体層を形成したバイモルフ型が知られている。いずれのタイプの圧電振動子を用いるにしても、圧電体層を有する面にＯリングを接触させてポンプ室を形成する場合、圧電体層に対する給電構造が問題となる。すなわち、シムに対する配線は、シムから径方向に配線突起を突出させることで容易に配線ができるが、圧電体層に対する配線ラインは、Ｏリングを跨ぐ（Ｏリングと交差する）こととなるため、配線ラインを如何に薄く形成しても、Ｏリングには配線ラインとの交差部分に微小な凹凸が生じ、この微小な凹凸が長期的に見ると、ポンプ室の液密性を低下させる原因となる。

本発明は、以上の問題意識に基づき、圧電振動子の圧電体層を有する面にＯリングを接触させてポンプ室を形成するタイプの圧電ポンプにおいて、圧電振動子に対する配線構造がポンプ室の液密性に悪影響を与えることのない圧電ポンプを得ることを目的としている。

本発明は、平面円形（環状）のＯリングと圧電体に対する配線ラインが交差しないようにすれば、Ｏリングに微小な凹凸が生じることがないこと、及び圧電体層にＯリングと同一径の環状電極を形成してこの環状電極にＯリングを重ねればＯリングと配線ラインが交差することがなくＯリングに微小な凹凸は生じないとの着眼に至って本発明を完成したものである。

すなわち、本発明は、導電性金属薄板からなるシムと、このシムの表裏の少なくとも一方の面上に形成した圧電体層とを有する平面円形の圧電振動子；及びこの圧電振動子の圧電体層を有する面にＯリングを接触させて形成されたポンプ室；を有し、上記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、圧電振動子の圧電体層のシムと反対側の面に、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環状電極を形成し、環状電極には、径方向に突出する配線突起を形成し、この環状電極とシムとの間に該配線突起を介して交番電流を印加することにより該圧電振動子を振動させることを特徴としている。

環状電極は、リン青銅、４２アロイのいずれかから構成するのがよい。またその厚さは、１０〜３０μｍ程度とするのがよい。

本発明によれば、圧電振動子の圧電体層の周縁を同一径のＯリングと環状電極を介した状態で狭着支持し、この環状電極を介して圧電振動子に給電するので、圧電振動子の圧電体層を有する面にＯリングを接触させてポンプ室を形成するタイプの圧電ポンプにおいて、圧電振動子に対する配線構造がポンプ室の液密性に悪影響を与えることのない圧電ポンプを得ることができる。

図１ないし図３は、本発明による圧電ポンプの一実施形態を示している。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。

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と環状挟着部材（ガイド）２８を介して圧電振動子１０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。

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。

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。

以上の圧電ポンプ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。

本実施形態は、以上の基本構成を有する圧電ポンプにおいて、圧電振動子１０に対する給電構造を要旨としている。本実施形態の圧電振動子１０は、円形のシム１１と、シム１１の表裏面の一方に形成した円形の積層圧電体（圧電体層）１２とを有するユニモルフ型である。積層圧電体１２は、ポンプ室Ｐ側に位置している。

シム１１は、厚さ３０〜３００μｍ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、積層圧電体１２を支持するための剛性を有している。このシム１１は、周縁部に配線接続用の配線突起１１ａを有している。積層圧電体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。積層圧電体１２の表裏に交番電界が与えられると、積層圧電体１２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。

積層圧電体１２の周縁には、前述のように、Ｏリング２７が弾接してポンプ室Ｐの液密が保持されている。本実施形態では、積層圧電体１２のシム１１とは反対側の面に対して給電するため、該積層圧電体１２とＯリング２７との間に、環状電極（端子）２９が介在している。環状電極２９は、積層圧電体１２の周縁部と全面的に導通するものであって、その径は、Ｏリング２７の径と実質的に同一径であり、両者は交差することがない。勿論、環状電極２９とＯリング２７は、完全に同一径である必要はなく、環状電極２９とＯリング２７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ればよい。従ってＯリング２７と環状電極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い。図３は、以上の圧電振動子１０、環状電極２９及びＯリング２７のみを取り出して描いたものである。

環状電極２９には、径方向に配線突起２９ａ（図１）が形成されており、この配線突起２９ａは、シム１１の配線突起１１ａとともに、ミドルハウジング２２に形成した突出凹部２２ａから外部に導かれている。

環状電極２９は、例えば隣青銅から構成されている。隣青銅は安価で錆びにくいという特徴がある。この環状電極２９の厚さは、１０〜３０μｍとするのがよい。１０μｍ未満では積層圧電体１２に対する接着作業性や耐久性が悪く、３０μｍを超えると、積層圧電体１２が割れやすくなる。この他、環状電極２９の材料としては、燐青銅、４２アロイ等が使用可能である。なお、周縁に環状電極２９を接着した積層圧電体１２上には、樹脂製保護フィルム（例えばＰＰＳ樹脂フィルム）が接着されるが、このフィルムの図示は省略している。また配線突起２９ａには、適宜、裏打ち絶縁等の補強絶縁構造を施す。

上記構成の本圧電ポンプによると、配線突起１１ａと配線突起２９ａを介してシム１１と積層圧電体１２（積層圧電体１２の表裏）に交番電界を与えることができる。そして、環状電極２９は、Ｏリング２７の全周に沿って重なっているため、Ｏリング２７に液密性の保持に有害な微小な凹凸が生じる可能性がない。この効果は、積層圧電体１２に対する配線がＯリング２７を交差していた従来品と比較すると明らかである。

図４は、本発明をバイモルフ型の圧電振動子１０Ｂに適用した実施形態である。バイモルフ型圧電振動子１０Ｂは、周知のように、シム１１の両面に積層圧電体１２を積層した構造を有する。この実施形態は、バイモルフ型圧電振動子１０Ｂの表裏の積層圧電体１２に対して給電するために、上下対称に環状電極２９及びＯリング２７を配置している。

なお、圧電振動子１０の積層圧電体１２は、単層であるものの他、複数層を直列接続あるいは並列接続したものが知られている。また、複数層の圧電体の間に中間シムを挟む構造も、本出願人により、特願2007-35879号で提案されている。本発明は、これらの積層圧電体１２の構造を問わずに適用できる。

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。同圧電ポンプの断面図である。同圧電ポンプの圧電振動子の狭着支持構造の第１実施形態を示す部分模式拡大断面図である。同狭着支持構造の別の実施形態を示す模式拡大断面図である。

符号の説明

１０圧電振動子
１１シム
１１ａ配線突起
１２積層圧電体（圧電体層）
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
２７Ｏリング
２８環状狭着部材
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

Claims

導電性金属薄板からなるシムと、このシムの表裏の少なくとも一方の面上に形成した圧電体層とを有する平面円形の圧電振動子；及びこの圧電振動子の圧電体層を有する面にＯリングを接触させて形成されたポンプ室；を有し、上記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、
上記圧電振動子の圧電体層のシムと反対側の面に、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環状電極を形成し、
上記環状電極に、径方向に突出する配線突起を形成し、
上記環状電極とシムとの間に上記配線突起を介して交番電流を印加することにより該圧電振動子を振動させることを特徴とする圧電ポンプ。
請求項１記載の圧電ポンプにおいて、上記環状電極は、リン青銅、４２アロイのいずれかからなる圧電ポンプ。
請求項１または２記載の圧電ポンプにおいて、上記環状電極の厚さは、１０〜３０μｍである圧電ポンプ。