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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektroaktives Polymer-Stellglied,
das bevorzugt für
Vorrichtungen wie z.B. kleine Membranpumpen verwendet wird, und
eine Membran mit diesem Stellglied.
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STAND DER
TECHNIK
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In
der Vergangenheit wurde für
Vorrichtungen wie z.B. kleine Membranpumpen vorgeschlagen, ein Laminat
zu verwenden, das aus einer Schicht eines elektroaktiven Polymermaterials
wie z.B. Silikonkautschuk und einem Acrylmaterial besteht, und einem
Paar Elektrodenschichten, die auf beiden Seiten der Schicht geformt
sind. Wenn zwischen den Elektrodenschichten eine Spannung angelegt
wird, tritt solch eine Verformung des Laminats auf, daß eine Abmessung
in der Dickenrichtung (vertikale Richtung) des Laminats abnimmt,
und die Abmessung in der horizontalen Richtung des Laminats zunimmt. Dieses
Phänomenen
ist als elektroaktiver Effekt bekannt.
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Zum
Beispiel offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr.
2001-263486 eine Membranpumpe, die den elektroaktiven Effekt nutzt.
Das heißt, daß, wie in 11 gezeigt, diese Membranpumpe ein Gehäuse 1P umfaßt, mit
einer Höhlung 7B,
um auf seiner Oberseite eine Pumpkammer und Einlaß- und Auslaßkanäle (2P, 3P)
vorzusehen, und einer Membran 10P zum Abdecken dieser Höhlung. Die Membran 10P weist
eine Laminatstruktur auf, die aus einem dünne Schichtelement 12P eines
elektroaktiven Polymermaterials und einem Paar Elektrodenschichten 11P besteht,
die durch physikalisches Aufdampfen wie z.B. Sputtern auf beiden
Seiten des dünnen
Schichtelements geformt werden.
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Wenn
eine Spannung zwischen den Elektrodenschichten 11P angelegt
wird, nimmt die Abmessung in der Dickenrichtung der Membran 10P ab,
und die Abmessung in deren horizontalen Richtung nimmt zu. Dies
bewirkt eine Volumenänderung
der Pumpkammer, d.h. eines Raums, der von der Höhlung 7P und der Membran 10P umgeben
ist. Andrerseits, wenn die angelegte Spannung entfernt wird, nimmt
die Membran 10P wieder ihre ursprüngliche Form an. Daher ist
es dieser Volumenänderung
der Pumpkammer entsprechend möglich,
ein Fluid wie z.B. Luft durch den Einlaßkanal 2P in die Pumpkammer
zu saugen und diese Luft in der Pumpkammer dann durch den Auslaßkanal 3P auszustoßen. Durch Anlegen
einer HF-Spannung mit einer erforderlichen Frequenz zwischen den
Elektrodenschichten 11P kann dieser Pumpvorgang wiederholt
werden.
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Doch
bei Verwendung dieses Laminats 10P als Membran ist es schwer,
die Verformung der Membran während
des Pumpbetriebs zu regeln. Deshalb besteht im Hinblick auf die
Gewährleistung
eines stabilen und zuverlässigen
Pumpbetriebs noch viel Raum für
Verbesserungen. Da die Membran durch das Laminat geformt wird, das
das einzige dünne Schichtelement 12P aus
dem elektroaktiven Polymermaterial einschließt, liegt zudem das Problem vor,
daß eine
Verformungskraft der Membran relativ klein ist und eine Verformungsgeschwindigkeit
davon relativ langsam ist. Dies kann zu Abnahmen in der Ausstoßmenge und
Ansprechgeschwindigkeit der Membranpumpe führen. Deshalb heißt es, daß diese Probleme
Gründe
sind, die den tatsächlichen
Einsatz von Vorrichtungen wie z.B. kleinen Membranpumpen, die den
elektroaktiven Effekt nutzen, verhindern.
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Aus
Dokument
EP 0 534 082
A1 ist ein Pumpsystem zum Fördern von flüssigen oder
gasförmigen
Medien bekannt, wobei eine Folie, die aus einem piezoelektrischem
Material besteht, in einem Behälter
angeordnet ist, und wobei die Dicke der Folie geändert wird, indem eine elektrische
Spannung periodisch an die Folie angelegt wird, wodurch eine Pumpwirkung
erreicht wird.
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US 3,215,078 offenbart eine
piezoelektrische Pumpe mit geregeltem Volumen und mindestens einem
piezoelektrischen Kristall in Form eines hohlen Rohrs, wobei der
Durchmesser dieses Rohrs erweitert wird, indem ein pulsierender
Gleichstrom an Elektroden dieses Kristalls angelegt wird. Die pulsierende Änderung
des Rohrdurchmessers führt
zu einer Änderung
eines Volumens zwischen diesem mindestens einen piezoelektrischen
Kristall und einem zweiten piezoelektrischen Kristall oder einem
Kunststoffeinsatz in diesem Rohr, wodurch auch eine Pumpwirkung
erzeugt wird.
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Das
Dokument
DE 199 38
239 A1 offenbart eine Mikropumpe, die auf ähnliche
Weise wie bei der
US 3,215,078 eine
Pumpwirkung zwischen zwei hohlen Rohren erzeugt, die ineinander
angeordnet sind, wobei auch eine Pumpwirkung erzeugt wird, indem das
Volumen zwischen der Außenfläche des
inneren Rohrs und der Innenfläche
des äußeren Rohrs
auf periodische Weise geändert
wird.
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Auf
der Basis des Stands der Technik ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung die Bereitstellung eines alternativen elektroaktiven Polymer-Stellglieds
mit verbesserten Eigenschaften, und das insbesondere in der Lage
ist, die Ansprechgeschwindigkeit und Betriebszuverlässigkeit
einer Vorrichtung, die den elektroaktiven Effekt nutzt, zu erhöhen.
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Dieses
Problem wird durch ein elektroaktives Polymer-Stellglied nach Anspruch
1 und eine Membranpumpe nach Anspruch 4 gelöst, wobei die Ansprüche 2 bis
3 sich auf spezifische vorteilhafte Ausführungen des elektroaktiven
Polymer-Stellglieds nach Anspruch 1 beziehen und Anspruch 5 einer spezifischen
Ausführungsform
der Membranpumpe nach Anspruch 4 entspricht.
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Diese
und noch andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen
aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung der Erfindung und bevorzugter Ausführungsformen der Beschreibung
hervor.
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KURZE ERLÄUTERUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1A und 1B sind
eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht eines elektroaktiven
Polymer-Stellglieds nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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2A und 2B sind
Querschnittsansichten, die eine Verformung des elektroaktiven Polymer-Stellglieds
darstellen, die verursacht wird, wenn eine Spannung angelegt wird;
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3A und 3B sind
schematische Querschnittsansichten einer Membranpumpe, die das Stellglied
verwendet;
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4A und 4B sind
eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht, die einen Stromkreis
des elektroaktiven Polymer-Stellglieds zeigen;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht eines Laminats des elektroaktiven Polymer-Stellglieds nach
einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform;
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6A und 6B sind
eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht, die einen Stromkreis
des elektroaktiven Polymer-Stellglieds von 5 zeigen;
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7 ist
eine perspektivische Ansicht eines Laminats des elektroaktiven Polymer-Stellglieds nach
einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform;
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8 ist
eine Draufsicht eines Ringelements des Laminats von 7;
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9 ist
eine perspektivische Ansicht eines Laminats des elektroaktiven Polymer-Stellglieds nach
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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10 ist
eine perspektivische Ansicht eines Laminats des elektroaktiven Polymer-Stellglieds nach
einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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11A bis 11C sind
schematische Ansichten, die die Arbeitsweise einer bimorphen Membranantriebseinheit
zeigt, die ein Paar der erfindungsgemäßen elektroaktiven Polymer-Stellglieder
verwendet; und
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12 ist
eine Querschnittsansicht einer konventionellen Membranpumpe.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun Bezug nehmend auf die beiliegenden
Zeichnungen ausführlich
beschrieben. Diese Ausführungsformen
schränken
den Umfang der vorliegenden Erfindung jedoch nicht ein.
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<ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM>
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Wie
in 1A und 1B gezeigt,
weist ein elektroaktives Polymer-Stellglied der ersten Ausführungsform
ein scheibenförmiges
Laminat 5 auf, das geformt wird, indem erste bis sechste
Ringelemente 11 bis 16 mit verschiedenen Durchmessern
aus einem elektroaktiven Polymermaterial wie z.B. Silikonkautschuk
und ein Acrylmaterial, und erste bis siebte Ringelektroden 21 bis 27 mit
verschiedenen Durchmessern abwechselnd in einem konzentrischen Muster
so angeordnet werden, daß jedes
der Ringelemente zwischen inneren und äußeren Umfangsflächen benachbarter
Ringelektroden liegt. In 1A bezeichnet
das Bezugszeichen 4 eine elastische dünne Schicht als Membran, die
an eine Unterseite des Laminats 5 befestigt ist.
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Zum
Beispiel kann die erste Ringelektrode 21 erhalten werden,
indem auf einer inneren Umfangsfläche des ersten Ringelements 11 eine
Leitschicht geformt wird, und die zweite Ringelektrode 22 kann
erhalten werden, indem auf einer äußeren Umfangsfläche des
ersten Ringelements 11 eine Leitschicht geformt wird. Zur
Formung dieser Leitschichten wird zum Beispiel die Verwendung einer
physikalischen Aufdampfung wie z.B. Sputtern bevorzugt. Dann wird
daszweite Ringelement 12 so um die zweite Elektrode 22 herum
angeordnet, daß die äußere Umfangsfläche des
ersten Ringelements 11 durch die zweite Ringelektrode 22 mit
einer inneren Umfangsfläche
des zweiten schlauchförmigen
Elements 12 verbunden ist. Außerdem kann die dritte Ringelektrode 23 erhalten
werden, indem eine Leitschicht auf einer äußeren Umfangsfläche des
zweiten Ringelements 12B geformt wird. Die restlichen Ringelektroden
(24-27)
und die restlichen Ringelemente (13-16) werden
dementsprechend angeordnet, um das Laminat 5 zu erhalten.
In dieser Ausführungsform
ist die erste Ringelektrode 21 zischen einem zentralen
Zylinderkörper 40 und
dem ersten Ringelement 11 angeordnet.
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Wie
in 1B gezeigt, weist das elektroaktive Polymer-Stellglied
eine Spannungsanlegeeinheit auf, um eine Spannung zwischen ungeradzahligen Ringelektroden
und geradzahligen Ringelektroden anzulegen, wenn die Nummer der
Ringelektroden von einer innersten Ringelektrode (d.h., der ersten Ringelektrode 21)
aus gezählt
wird, um dadurch eine Verformung im Laminat 5 zu bewirken.
In dieser Ausführungsform
sind die ersten, dritten, fünften
und siebten Ringelektroden (21, 23, 25, 27)
mit dem Minuspol einer Gleichstromversorgung 30 verbunden, und
die zweiten, vierten und sechsten Ringelektroden (22, 24, 26)
sind mit dem Pluspol der Gleichstromversorgung 30 verbunden.
In 1B bezeichnet das Bezugszeichen 32 einen
Ein-Aus-Schalter, der benutzt wird, um die Spannung zwischen diesen Elektroden
anzulegen.
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Wenn
im elektroaktiven Polymer-Stellglied mit dem obigen Aufbau der Schalter 32 eingeschaltet wird,
tritt eine Verformung des Laminats 5 so auf, daß die Abmessung
in der radialen Richtung des Laminats abnimmt und die Abmessung
in der axialen Richtung des Laminats zunimmt, wie in 1A gezeigt.
Wenn das Laminat 5 auf der elastischen dünnen Schicht 4 befestigt
ist, kann die elastische dünne Schicht 4 durch
die Verformungskraft des Laminats gebogen werden, wie in 2A gezeigt.
Dann, wenn der Schalter 32 ausgeschaltet wird, nimmt das
Laminat 5 wieder seine ursprüngliche Form an, wie in 2B gezeigt.
Durch Wiederholung dieses Schaltvorgangs kann die aus der elastischen
dünnen Schicht 4 bestehende
Membran daher periodisch verformt werden.
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Als
Beispiel wird in 3A bis 3B eine Membranpumpe
erläutert,
die das erfindungsgemäße elektroaktive
Polymer-Stellglied verwendet. Diese Membranpumpe weist ein Gehäuse 1 auf,
umfassend eine Höhlung 7,
um eine Pumpkammer auf seiner Oberseite bereitzustellen, und Einlaß- und Auslaßkanäle (2, 3),
die mit der Höhlung
verbunden sind, und die dünne
Schicht 4 aus einem elastischen Material als Membran zum
Abdecken der Höhlung.
Das Laminat 5 des elektroaktiven Polymer-Stellglieds ist auf
einer Seite der dünnen
Schicht befestigt, die der Seite entgegengesetzt ist, die der Höhlung 7 zugewandt
ist. Wenn die dünne
Schicht 4, aus einem Metallmaterial besteht, ist das Laminat
durch eine notwendige Isolierschicht (nicht gezeigt) mit der dünnen Schicht
verbunden. Die Bezugszeichen 50 und 52 bezeichnen
Einwegeventile, die in den Einlaß- und Auslaßkanälen (2, 3)
eingebaut sind.
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Wenn
eine Spannung an das Stellglied angelegt wird, wird die Membran 4 durch
die Verformung des Laminats 5 gebogen, um ein Innenvolumen
der Pumpkammer zu verkleinern, wie in 3A gezeigt, so
daß ein
Fluid wie z.B. Luft durch den Auslaßkanal 3 aus der Pumpkammer
ausgestoßen
wird. Dann, wenn die angelegte Spannung entfernt wird, nimmt das
Laminat 5 wieder seine ursprüngliche Form an, wie in 3B gezeigt,
so daß das
Fluid durch den Einlaßkanal 2 in
die Pumpkammer eintritt.
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Der
obigen erfindungsgemäßen Membranpumpe
gemäß ist es
möglich,
einen stabilen Pumpbetrieb und eine erhöhte Ansprechgeschwindigkeit zu
gewährleisten.
Das heißt,
da das konventionelle elektroaktive Polymer-Stellglied als Membran
ein Laminat verwendet, das aus einem einzigen Schichtelement des
elektroaktiven Polymermaterials und einem Paar Elektrodenschichten
besteht, die auf beiden Seiten des Schichtelements geformt sind,
ist es schwer, während
des Pumpbetriebs eine konstante Membranbewegung zu erhalten, wie
oben beschrieben. Da aber in der vorliegenden Erfindung das Laminat 5 die
konzentrische Anordnung einer Vielzahl von Ringelementen aufweist,
die als Membranantriebsmittel verwendet werden, ist es möglich, eine geregelte
Membranbewegung mit hoher Ansprechgeschwindigkeit zu erhalten.
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Darüber hinaus
sind die Expansions- und Kontraktionskräfte des Laminats 5 gleich
der Summe der Expansions- und Kontraktionskräfte der jeweiligen Ringelemente
(11-16). Deshalb kann das Stellglied dieser Ausführungsform
eine stärkere
Pumpwirkung gewährleisten
als das konventionelle Stellglied, das nur ein einziges Schichtelement
des elektroaktiven Polymermaterials als Membran verwendet. Ferner
liegt ein zusätzlicher
Vorteil vor, daß eine
Verformungsmenge der Membran mit Genauigkeit einer Größe der am
Stellglied anliegenden Spannung entsprechend geregelt werden kann.
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Im
Stellglied der vorliegenden Erfindung ist die Zahl der Ringelemente
aus dem elektroaktiven Polymermaterial nicht eingeschränkt. Wenn
das Stellglied aber als Membranantriebsmittel für die Membranpumpe verwendet
wird, wird empfohlen, die Zahl der Ringelemente innerhalb eines
Bereichs von 3 bis 10 zu wählen,
um die hohe Pumpleistung auf zuverlässige Weise zu erreichen. Wenn
die Zahl der Ringelemente größer als
10 ist, kann es sein, daß die Größe des Stellglieds
für kleine
Vorrichtungen zu groß ist.
Außerdem
können
die Produktionskosten des Stellglieds steigen.
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Das
Laminat des erfindungsgemäßen elektroaktiven
Polymer-Stellglieds kann beispielsweise durch das folgende Verfahren
hergestellt werden. Zuerst werden eine Vielzahl von schlauchförmigen Elementen
des elektroaktiven Polymermaterials mit verschiedenen Durchmessern
und eine Vielzahl von schlauchförmigen
Elektroden mit verschiedenen Durchmessern abwechselnd angeordnet,
um einen festen Zylinderkörper
zu erhalten, der zahlreiche konzentrische Schichten aufweist. Jede
der schlauchförmigen
Elektroden kann erhalten werden, indem mit Hilfe eines PVD-Verfahrens
wie z.B. Sputtern auf der äußeren und/oder
inneren Umfangsfläche
der jeweiligen Ringelemente eine Leitschicht geformt wird. Dann
wird der feste Zylinderkörper
in einer Richtung geschnitten (oder in Scheiben geschnitten), die
rechtwinklig zu seiner axialen Richtung liegt, um ein scheibenförmiges Laminat
zu erhalten, das eine gewünschte
axiale Länge
aufweist. Diesem Verfahren entsprechend ist es möglich, das Laminat für das erfindungsgemäße elektroaktive
Polymer-Stellglied auf rationelle Weise herzustellen.
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Übrigens
weisen die ersten bis sechsten Ringelemente (11-16)
des elektroaktiven Polymer-Stellglieds dieser Ausführungsform
die gleiche Wanddicke auf, wie in 1A gezeigt.
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In
diesem Fall wird bevorzugt, zwischen den ungeradzahligen Ringelektroden
(21, 23, 25, 27), die mit dem
Pluspol verbunden sind, und den geradzahligen Ringelektroden (22, 24, 26),
die mit dem Minuspol der Gleichstromversorgung verbunden sind, auf folgende
Weise eine Vielzahl von verschiedenen Spannungen (V1, V2, V3, V4)
anzulegen.
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Das
heißt,
eine Spannungsgröße (V1),
die zwischen den ersten und zweiten Ringelektroden (21, 22)
angelegt wird, die durch das erste Ringelement 11 beabstandet
sind, ist kleiner als die Spannungsgröße (V2), die zwischen den zweiten
und dritten Ringelektroden (22, 23) angelegt wird,
die durch das zweite Ringelement 12 beabstandet sind. Dementsprechend
ist die Spannungsgröße (V2),
die zwischen den zweiten und dritten Ringelektroden (22, 23)
angelegt wird, die durch das zweite Ringelement 12 beabstandet
sind, kleiner als die Spannungsgröße (V3), die zwischen den zweiten
und dritten Ringelektroden (23, 24) angelegt wird,
die durch das dritte Ringelement 13 beabstandet sind. Die
Größen der
jeweiligen Spannungen, die zwischen den Ringelektroden angelegt
werden, werden so bestimmt, daß eine Expansionsmenge
in der axialen Richtung jedes der Ringelemente im wesentlichen der
des benachbarten Ringelements entspricht. Dadurch ist es möglich, eine
einheitliche Dehnung in der axialen Richtung des Laminats zu erreichen.
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Wenn
die verschiedenen Spannungen wie oben beschrieben zwischen den ungeradzahligen Ringelektroden
und den geradzahligen Ringelektroden des Laminats angelegt werden,
wird bevorzugt ein Stromkreis geformt, wie in 4A und 4B gezeigt.
Das heißt,
erste Isolierschichten (62, 64, 66) werden
auf freigelegten Enden der geradzahligen Ringelektroden (22, 24, 26)
auf einer Oberseite des Laminats 5 geformt, und zweite
Isolierschichten (61, 63, 65, 67)
werden auf freigelegten Enden der ungeradzahligen Ringelektroden
(21, 23, 25, 27) auf einer Unterseite
des Laminats geformt.
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Dann
wird eine Vielzahl von ersten Leitschichten (71, 72, 73, 74)
so auf der Oberseite des Laminats 5 geformt, daß jede der
ersten Leitschichten (z.B. 72) durch die Isolierschicht
(z.B. 64) von einer benachbarten ersten leitfähigen Schicht
(z.B. 73) getrennt wird. Dadurch ist jede der ersten Leitschichten
(71-74) mit dem freigelegten Ende der ungeradzahligen
Ringelektroden (21, 23, 25, 27)
auf der Oberseite des Laminats 5 verbunden. Andrerseits wird
eine einzige zweite Leitschicht 80 auf der ganzen Unterseite
des Laminats 5 so geformt, daß die freigelegten Enden der
geradzahligen Ringelektroden (22, 24, 26)
durch die zweite Leitschicht miteinander elektrisch verbunden sind.
Die zweite Leitschicht 80 wird als Erdungselektrode benutzt.
Um die erforderlichen Spannungen (V1, V2, V3, V4) zwischen den ersten
Leitschichten (71-74) und der Erdungselektrode 80 anzulegen,
kann eine Vielzahl von Gleichstromquellen (nicht gezeigt) benutzt
werden. Alternativ dazu kann eine Schenkelschaltung verwendet werden.
In diesem Fall kann eine Vielzahl von Spannungen von einer einzigen
Stromquelle erhalten werden.
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Als
nächstes
werden Modifikationen des elektroaktiven Polymer-Stellglieds dieser
Ausführungsform
erläutert.
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Als
eine erste Modifikation, wie in 5 gezeigt,
wird bevorzugt, daß ein
Laminat des elektroaktiven Polymer-Stellglieds so geformt ist, daß Wanddicken
(T1, T2, T3, T4) der ersten bis vierten Ringelemente (11, 12, 13, 14)
die Bedingung T1 > T2 > T3 > T4 erfüllen. Das
heißt,
die Wanddicke jedes der ersten bis sechsten Ringelemente wird so
bestimmt, daß eine
Expansionsmenge in der axialen Richtung jedes der Ringelemente im
wesentlichen der des benachbarten Ringelements entspricht, wenn
zwischen den ungeradzahligen Ringelektroden, die mit dem Pluspol
verbunden sind, und den geradzahligen Ringelektroden, die mit dem
Minuspol der Gleichstromversorgung 30 verbunden sind, eine
konstante Spannung angelegt wird. Dadurch ist es möglich, eine
einheitliche Dehnung in der axialen Richtung des Laminats zu erreichen.
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Wenn
die konstante Spannung zwischen den ungeradzahligen Ringelektroden
(21, 23, 25) und den geradzahligen Ringelektroden
(22, 24) des Laminats 5 angelegt wird,
wird bevorzugt ein Stromkreis geformt, wie in 6A und 6B gezeigt.
Das heißt,
erste Isolierschichten (61, 63, 65) werden
auf freigelegten Enden der ungeradzahligen Ringelektroden (21, 23, 25)
auf einer Oberseite des Laminats geformt, und zweite Isolierschichten
(62, 64) werden auf freigelegten Enden der geradzahligen
Ringelektroden (22, 24) auf einer Unterseite des
Laminats 5 geformt.
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Dann
wird eine erste Leitschicht 70 auf der ganzen Oberseite
des Laminats 5 so geformt, daß die freigelegten Enden der
geradzahligen Ringelektroden (22, 24) auf der
Oberseite des Laminats durch die erste Leitschicht miteinander elektrisch
verbunden sind. Dementsprechend wird eine zweite Leitschicht 80 auf
der ganzen Unterseite des Laminats 5 so geformt, daß die freigelegten
Enden der ungeradzahligen Ringelektroden (23, 25, 25)
durch die zweite Leitschicht miteinander elektrisch verbunden sind. Schließlich wird
die Gleichstromversorgung 30 durch den Ein-Aus-Schalter 32 zwischen
der ersten und zweiten Leitschicht (70, 80) angeschlossen.
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Als
zweite Modifikation, wie in 7 und 8 gezeigt,
kann jedes der ersten bis fünften
Ringelemente (21-15) in einer Zylinderhohlform
so geformt sein, daß ein
Zentrum P2 des inneren Kreises C2 vom Zentrum P1 des äußeren Kreises
versetzt ist. Wenn an dieses Laminat 5 eine Spannung angelegt wird,
tritt eine solche Verformung des Laminats auf, daß die Abmessung
in der radialen Richtung des Laminats abnimmt und die Abmessung
in der axialen Richtung des Laminats zunimmt. Dabei ist eine Kontraktionsmenge
in der radialen Richtung auf der Seite R2 des Laminats größer als
die Kontraktionsmenge auf der Seite R1 des Laminats. Mit anderen
Worten, eine Dehnung in einer axialen Richtung auf der Seite R2
des Laminats ist größer als
die Dehnung auf der Seite R1 des Laminats, wodurch das Laminat 5 gebogen
wird, wie durch die Pfeile in 7 angezeigt.
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Darüber hinaus
können,
als dritte Modifikation, die Ringelemente des elektroaktiven Polymer-Stellglieds
in annähernd
gleichen elliptischen Ringen geformt sein und so angeordnet sein,
daß die Mittelachsen
dieser Ringelemente miteinander übereinstimmen
und jedes der Ringelemente zwischen benachbarten Ringelektroden
angeordnet ist.
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<ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM>
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Wie
in 9 gezeigt, weist ein elektroaktives Polymer-Stellglied
nach der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Anordnung aus einer Vielzahl von
Laminaten 5A auf, die alle die eine Dreiecksprismenform
aufweisen. Jedes der Laminate 5A umfaßt eine Vielzahl von Elektroden 20A und elektroaktiven
Polymermaterialien 10A, die abwechselnd in Richtung einer
vertikalen Linie angeordnet sind, die von einem Scheitel P eines
Dreiecks, das eine Hauptfläche
des Dreiecksprismas ist, zu einer Grundlinie S des Dreiecks verläuft. In
dieser Ausführungsform
ist die Zahl der Laminate 8.
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Diese
Laminate 5A sind als Ganzes so in einem achteckigen Muster
angeordnet, daß der
Scheitel P des Dreiecks in der Nachbarschaft eines Zentrums des
achteckigen Musters angeordnet ist, und jedes der Laminate 5A ist
in einem erforderlichen Abstand d von einem benachbarten Laminat
beabstandet. Dieses Stellglied weist auch eine Spannungsanlegeeinheit
(nicht gezeigt) zum Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden 20A jedes
der Laminate auf, um eine Verformung des Laminats zu bewirken. Durch
gleichzeitiges Anlegen der Spannungen an jedes der Laminate kann
eine Membran 4A, die an der Anordnung von Laminaten 5A befestigt
ist, wie bei der ersten Ausführungsform
gebogen werden, wie durch die Pfeile in 9 angezeigt.
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<DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM>
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Wie
in 10 gezeigt, weist ein elektroaktives Polymer-Stellglied
der dritten Ausführungsform eine
Spiralstruktur 5B auf, die durch Wicklung eines Laminats
geformt wird, umfassend eine lange Schicht 10B eines elektroaktiven
Polymermaterials wie z.B. Silikonkautschuk und ein Acrylmaterial,
ein Paar Elektrodenschichten (21B, 22B), die auf
beiden Seiten der langen Schicht geformt sind, und eine Isolierschicht 60B,
die auf der Elektrodenschicht 22B geformt ist. Die Isolierschicht 60B verhindert
den Kurzschluß zwischen
den Elektrodenschichten (21B, 22B) in der Spiralstruktur.
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Dieses
Stellglied weist auch eine Spannungsanlegeeinheit zum Anlegen einer
Spannung zwischen den Elektrodenschichten auf, um eine Verformung
in der Spiralstruktur 5B zu bewirken. Durch Anlegen der
Spannung zwischen den Elektrodenschichten (21B, 22B)
der Spiralstruktur 5B kann eine Membran 4B, die
an der Spiralstruktur 5B befestigt ist, wie bei der ersten
Ausführungsform
gebogen werden, wie durch die Pfeile in 10 angezeigt.
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In
den obigen ersten bis dritten Ausführungsformen wurde eine unimorphe
Membranantriebseinheit vorgestellt, die dadurch gekennzeichnet ist,
daß ein
einziges Laminat 5 des erfindungsgemäßen elektroaktiven Polymer-Stellglieds
auf einer Seite der Membran 4 befestigt ist. Wie in 11A bis 11C gezeigt,
kann aber auch eine bimorphe Membranantriebseinheit verwendet werden,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Paar Laminate 5 des
erfindungsgemäßen elektroaktiven
Polymer-Stellglieds auf beiden Seiten einer Membran 4 befestigt
ist. In diesem Fall kann die Membran 4 gebogen werden,
indem eine Spannung nur an das Laminat 5 des oberen Stellglieds
angelegt wird, wie in 11A gezeigt. Darüber hinaus
kann die Membran 4 auch gebogen werden, indem eine Spannung
nur an das Laminat 5 des unteren Stellglieds angelegt wird,
wie in 11C gezeigt. Daher kann diese
bimorphe Membranantriebseinheit einen größeren Membranbewegungsbereich
gewährleisten.