JP2002518620A

JP2002518620A - 圧電電気‐運動装置

Info

Publication number: JP2002518620A
Application number: JP2000554007A
Authority: JP
Inventors: イーセイガー，フランク; シーロバートソン，ウィリアム; ジェイマティス，クリストファー
Original assignee: オーシャニアリングインターナショナルインコーポレイテッド
Priority date: 1998-06-08
Filing date: 1998-06-08
Publication date: 2002-06-25
Also published as: AU8642998A; WO1999065088A1; EP1097484A1; EP1097484A4

Abstract

(57)【要約】本発明は、電気‐運動装置、より詳細には、圧電ポンプ（５０）に関するものである。具体的には、本発明は、圧電ベンダ素子の製造方法に係り、層を押圧して結合させることによる圧電材料の多層を利用し、機械的付勢又は湾曲のあるベンダ素子を形成するように、その層を加熱させる。本発明の圧電ユニットセル（４０）は、二つの機械的に付勢されたベンダ素子を利用して製造され、それぞれの素子は反対方向に機械的及び電気的にバイアスされている。本発明の数多くの圧電ユニットセルは、電気運動装置を製造する際に利用される。本発明の駆動回路により、ユニットセルを交互に、連続して動作させる電源がもたらされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の分野本発明は、電気‐運動装置に係り、より詳細には、圧電ポンプに関する。具体
的には、本発明は、圧電ベンダ素子の製造方法に係り、具体的には、層を押圧し
て結合させることによる多層の圧電材料を利用し、機械的付勢又は湾曲のあるベ
ンダ素子を形成するように、その層を加熱させる。本発明の圧電ユニットセルは
、二つの機械的に付勢されたベンダ素子を利用して製造され、各素子は反対方向
に機械的及び電気的にバイアスされている。本発明の数多くの圧電ユニットセル
は、電気運動装置を製造する際に利用される。本発明の駆動回路により、ユニッ
トセルを連続して交互に動作させる電源が提供される。

【０００２】発明の背景圧電材料は、センサ及び音響/電気結合装置として幅広く利用されている。上
記の装置類で利用されている材料は、ポリマーフィルムに電場を印加しながら、
引伸し又は延伸させたポリフッ化ビニルデン（PVDF）のようなフィルム、つまり
ポリマーからなる。その圧電フィルムは、印加電場の方向に依存して、伸縮する
ことにより印加電場に応答する。圧電ポリマーフィルムを利用して得られる偏向
は、圧電セラミック結晶を利用して得られるものより、実質的にその効果は大き
い。

【０００３】圧電フィルムを利用してセンサ素子を製造する数多の技法は開示されているが
、共通することは多層における圧電ポリマーを折畳み、フィルム層間の接着剤と
してエポキシ樹脂若しくはグリューが利用されることである。バイモルフ素子を
利用してセンサを製造し、その素子を製造することを開示した文献には、「Appl
ication of PVF2 Bimorph Cantilever Elements to Display Devices」，Ｍ. To
daとＳ. Osaka, Proceeding of the S.I.D. , Vol 19/2, Second Quarter 1978,
pp 35-41; 「Electro-motional Device Using PVF2 Multilayer Bimorph」, M.
TodaとS. Osaka, Transactions of the TECE of Japan, Vol E61 No 7, July 1
978, pp 507-512; 「Theory of Air Flow Generation By a Resonat Type PVF2
Bimorph Cantilever Vibrator」, M. Toda, Piezoelectrics, 1979, Vol 22, pp
911-918; 「Voltage-Induced Large Amplitude Bending Device-PVF2 Bimorph-
Its Properties and Applications」, M. Toda, Piezoelectrics, 1981, Vol 3
2, pp 127-133と「The Potential of Corrugated PVDF Bimorphs for Actuation
and Sensing」, Gale E. Nevil, Jr.とAlan F. Davis, SME Conference-Roboti
cs Research: The Next Five Years and Beyond, August 14-16, 1984, Technic
al Paper MS84-491。多層圧電ポリマー素子を製造する際に、そのフィルムはエ
ポキシ樹脂とともに跳ね返る（High Super, Cemedine Corp., 「Electromotiona
l Device Using PVF2 Multilayer Bimorph」sic. p 509。

【０００４】以下の特許は、全てToda他の特許であり、圧電材料のバイモルフ素子を開示し
ている。米国特許第４,１６２,５１１号は、速度修正システムに利用されるピッ
クアップカートリッジを開示しており、その修正システムは、カートリッジ筐体
と、溝に乗るスタイラスを運ぶピックアップとの間に機械的に介在するポリマー
バイモルフ素子を具備している。米国特許第４,１６４,７５６号は、単一のピッ
クアップスタイラスを開示しており、そのスタイラスは特別の効果を奏するよう
に、ディスクレコードの溝回旋を選択的にスキップさせるビデオディスクレコー
ドにスパイラル溝を保存する情報と協働する。米国特許第４,１７６,３７８号は
、筐体支持体の一端部で筐体支持体と回転可能に結合し、直角に相互に取り付け
られたバイモルフ素子により、他の端部近傍で筐体と結合したピックアップアー
ムを開示している。米国特許第４,２３４,２４５号は、光制御装置を開示してお
り、その装置は、二枚の薄いポリフッ化ビニリデンフィルムと、相互にフィルム
を固着させるように、上記二枚の間の配設された薄い層とを含むバイモルフ素子
を具備する。米国特許第４,３５１,１９２号は、圧電、音響振動検出素子を開示
しており、その素子は被測定液体流れに位置しており、音響振動源から離れた液
体の流れの強度に応じて可動する。米国特許第４,４１７,１６９号には、圧電素
子バイモルフ素子を駆動させて湾曲される光電子回路装置が開示されており、そ
れによりブラインドを通過した透過光の量に応じてウィンドゥブラインドを開放
若しくは閉鎖させる。

【０００５】米国特許第４,３４２,９３６号では、圧電不動作材料の層と結合した圧電動作
材料の層を含む圧電湾曲モード装置（以下、「ユニモルフ」という）を開示して
いる。

【０００６】米国特許第４,４０５,４０２号では、ポリフッ化ビニリデンのような有極プラ
スティックからなる厚い圧電/熱電素子を開示している。

【０００７】米国特許第４,６７０,０７４号には、電場の存在下で共にラミネートさせた際
に、圧電性質を有することが可能である少なくとも一層のポリマー物質を有する
複合コラミネート圧電変換器が開示されている。

【０００８】米国特許第４,７０８,６００号には、圧電液体ポンプ装置が開示されており、
その装置は、圧電エナージャイザ（energizer）を導入したポンプ装置を具備し
ている。

【０００９】米国特許第４,９３９,４０５号には、ケーシングに搭載した圧電バイブレータ
を含むポンプが開示されている。

【００１０】米国特許第５,１１３,５６６号には、多層圧電素子の製造方法が開示されてい
る。

【００１１】発明の要約本発明は、電気‐運動装置に係り、より詳細には、圧電ポンプに関する。具体
的には、本発明は、圧電ベンダ素子の製造方法に係り、具体的には、層を押圧し
て結合させることによる多層の圧電材料を利用し、機械的付勢又は湾曲のあるベ
ンダ素子を形成するように、その層を加熱させる。本発明の圧電ユニットセルは
、二つの機械的に付勢されたベンダ素子を利用して製造され、各素子は反対方向
に機械的及び電気的にバイアスされている。本発明の数多くの圧電ユニットセル
は、電気運動装置を製造する際に利用される。本発明の駆動回路により、ユニッ
トセルを連続して交互に動作させる電源が提供される。

【００１２】好適な実施態様の詳細な説明ベンダ素子及び圧電ユニットセルの製造はユニークであり、本発明の圧電装置
の基礎を提供する。今までのところ、圧電素子はセンサとして主に利用されてお
り、素子の偏向運動が主に検討されていた。したがって、機械的統合は素子の小
さいな部分でしかなかった。今までの多層圧電ベンダ素子の製造には、その層を
湾曲させるために、エポキシ樹脂又は他の接着剤が利用されてきた。一方、圧電
ベンダ素子と、さらに具体的には本発明の圧電ユニットセルは、駆動ブロック又
は圧電ポンプのような多くの応用に利用される力源として利用されている。

【００１３】現在までのところ、全てが単一のユニットとして機能する複数の圧電素子は、
偏向の力を増大させるが、素子のさらなる層の付加により力が付与され、複数の
層または素子の偏向が低減する。上記ジレンマを解消するために、本発明は機械
的に付勢された圧電ベンダ素子（ベンダ素子を製造中に湾曲させる意味である）
を利用する。二つの上記機械的付勢された圧電ベンダ素子を製造してユニットセ
ルとし、二つのベンダ素子は反対方向に機械的及び電気的にバイアスされている
。単一の圧電素子と比較して、ユニットセルの基本構造は所定の駆動電圧に対し
て少なくとも４倍の偏向を有する。そのほかに、本発明のユニットセルの多層ベ
ンダ素子を利用することにより、所定の駆動電圧に対して最大の偏向を保持しな
がら、力が倍加される。

【００１４】本発明のベンダ素子は、ポリフッ化ビニリデンのフィルムのような圧電材料の
多層フィルムを利用して製造される。圧電フィルムは、そのフィルムに電場を印
加した際に、印加電場の方向若しくは極性に依存して、伸長若しくは伸縮のいず
れかを伴う性質を有する。ポリフッ化ビニリデンのフィルムは、フィルムに電場
を印加しながら、そのフィルムを引伸ばす又は延伸させることにより、圧電性を
有するように製造される。ポリフッ化ビニリデンの単一のフィルム層から、所定
の駆動電圧に対する偏向を増大させるために、二層の、つまりバイモルフベンダ
素子が、配設された層を有して製造され、一の層が伸長する際に、他の層は収縮
する。両層は共に結合するので、バイモルフはバイメタル熱硬化要素と同様に湾
曲する。力を増大させ、バイモルフからの所定の駆動電圧に対する偏向を保存す
るために、多層若しくはマルチモルフベンダ素子を製造する。本発明のマルチモ
ルフベンダ素子を製造するために、その製造方法はエポキシ又はグリュー接着剤
を使用せずに行われる。電極塗膜は、銀のようなすこぶる導電性のある金属、ま
たは白金、金、銅若しくは上記導電性材料の何れかの組合せのような金属である
。圧電ポリフッ化ビニリデンフィルムはマルチモルフベンダ素子の製造に使用さ
れる好適な材料である。かかるフィルムは、銀塗膜を有する形で購入でき、９ミ
クロンから６００ミクロンの範囲にあるフィルム厚で、Ａｍｐインコーポレーテ
ィドから市販されている。

【００１５】本発明による製造方法は、圧電材料に押圧させながら加熱することにより結合
させる工程と、次いで、本発明のベンダ素子を形成するようにアニールさせる工
程とを具備する。圧電材料の層を湾曲プレスに載置させ、ベンダ素子を機械的付
勢若しくは自然湾曲させて製造する。

【００１６】本発明の好適な実施態様では、本発明に固有である、圧電ポリマーフィルムを
塗設させた電極を折畳む工程を具備する。フィルムの切除及び切除フィルムの特
定部分に塗布した電極の有無を、図１に示す。ポリフッ化ビニリデンの第一のス
トリップ２を図１（ａ）に示し、ポリフッ化ビニリデンの第二のストリップ４を
、図１（ｂ）に示す。各ストリップ２及び４は、本発明のマルチモルフベンダ素
子を製造する準備として、ストリップ２及び４の各側に設けた銀の電極塗膜６（
クロスハッチング）の薄層を有する。図１（ａ）に示すように、第一のストリッ
プ２はストリップ２から延在する二つのタブ８及び１０を有するが、タブ８及び
１０の頂部にのみ、銀の塗膜６を塗設されており、タブ８及び１０も底部面のい
ずれにも銀の電極塗膜６を有していない。本発明のベンダ素子を製造する際のタ
ブ１０は、図１（ａ）の下図に示すように、折畳まれる、または下に湾曲される
。他方のストリップ４は、図１（ａ）に示すストリップ２のタブ８及び１０と反
対に配設される二つのタブ１２及び１４を有する。タブ１２の頂部面及びタブ１
４の底部面は、銀電極塗膜の薄層を有し、一方、タブ１２の底部面及びタブ１４
の頂部面は、図１（ｂ）の上に示すように、銀電極塗膜を有する。本発明のベン
ダ素子を製造する際のタブ１４は、図１（ｂ）の下部図に示すように、折畳む、
または上に向かって湾曲している。しかる後に、二つのストリップ２及び４は図
１（ｃ）に示すように、他のストリップの頂部に載置する。タブ８及び１２は二
つのストリップの端部から延在しており、電気ワイヤ、つまり電気回路からの接
続は各上記タブ８及び１２に接続される。他方のタブ１０及び１４が折畳まれ、
図１（ｄ）に示すように、各ストリップの逆側を電気的接点が生じる。シート上
の圧電フィルムは、そのフィルムの両面に既に塗設された電極塗膜を有して購入
できる。電極塗膜はストリップ２及び４の縁部で除去されるだけでなく、ポリフ
ッ化ビニリデンを既に塗布したものから切除した際、つまりＰＶＦ２ストリップ
を指すタブから塗膜を除去することが好ましい。縁部から銀の導電性材料を除去
することは、高電圧アークを防止する。

【００１７】本発明の好適な実施態様のベンダ素子を製造する第一の工程は、図１に例示す
るように、フィルムの少なくとも二つのストリップ２及び４を折畳むことである
。塗布されたフィルムのストリップ２及び４は、図２に示すように折畳まれる。
第一のストリップ２は折畳む層になり（２に示し、所望の数に拡張するころがで
きる）、多層ベンダ素子が作製される。圧電フィルムのストリップ２の極性機械
加工配向は、電圧がフィルムに印加される、またはフィルムの極性方向は反対で
あるときに、圧電フィルムのストリップ４の配向と反対である。対向する極性機
械配向が意味するものは、印加電圧がフィルムに印加された際に、場の電圧はポ
リマー配向及び一のフィルムが延伸するのと同じである方向であるのに対し、場
の電圧がポリマー配向と反対であり、他のフィルムが収縮する。矢印１６は、極
性機械加工配向又はストリップ２の極性を示す。第二のストリップ４を折畳みと
同じ長さにし、ストリップ２としての同じ数の層であるが、矢印１８に示すフィ
ルム極性は他の方向に向いている。換言すれば、第二のストリップ４の極性機械
加工配向はストリップ２から１８０°であり、したがって、一のフィルムは延伸
するのに対し、他のフィルムは収縮する。この点で、極性は本発明の理解する際
に二つの方法で議論されることを指摘しておく：（１）印加電圧極性はストリッ
プの接続した電気回路の関数であり；（２）ストリップ２及び４の固有の極性又
はポリマー配向は、各ストリップの機械加工方向の関数である（サークル内のｘ
または．で表示され、タブから離れた機械方向である）。よって、電圧極性が
タブ８及び１２にて逆なとき、フィルムの極性機械加工配向を逆にし、延伸した
フィルムは収縮し、収縮したフィルムは延伸する。

【００１８】タブ８、１０、１２及び１４のユニークさは、印加極性の連続性をマルチモル
フを、又はタブ８及びタブ１２に取付けた単一の組の鉛を介して、図２に示す折
畳み構造を生じさせることである。よって、一の正の極性と他の負の極性の単一
の組の電気鉛から、タブは反対極性を二つのストリップ２及び４の電極フィルム
面にもたらす。例えば、タブ８への極性を正とし、よってストリップ２の頂部面
が正であると仮定すると、タブ１０はストリップが図２に示すタブ１０に折畳ま
れると、ストリップ４の底部面に同じ極性をもたらす。タブ８が正で、ついでタ
ブ１２が負であると仮定すると、同じ負の極性がストリップ４の頂部面及びスト
リップ２の底部面に現れ、その極性が多く層に継続し、ストリップは折畳まれる
。タブ１４は、ストリップ４の底部面からストリップ２の頂部面に同じ極性をも
たらすのに要することに関しては冗長であるが、二つのタブ１０及び１４により
電子の流れに対するより大きな面を提供し、上記二つの面に同じ極性をもたらせ
る。電子の制限された経路により、ホットスポット又はショートが生じる。タブ
及び折畳みのユニークさは、たった二つの鉛を要することである。

【００１９】多層ベンダ素子は、好適な実施例の全ての細部なしに製造される。例えば、圧
電材料には、電極として銀を塗設させたポリフッ化ビニリデンのフィルムのスト
リップのみを要しない。本発明の多層ベンダ素子を製造するために、圧電材料に
塗設した電極層の配向は単一の折畳みフィルムと同じであることを要する。換言
すれば、仮に圧電材料が極性機械加工配向を有するならば、各層は単一の折畳み
フィルムと同じ配向を有するであろう。あるいは、別に述べたように、材料の各
層を単にランダムに積層させることはできない。タブの代わりとして、不連続圧
電フィルム又は材料は電子流用の圧電材料の層を通過して延在する小さな開口部
を有する。

【００２０】図３を参照するに、フィルムのストリップをラミネートさせるために、フィル
ムの折畳みストリップ３及び４は上部ジョー２２及び下部ジョー２４を有するプ
レスに配置される。各ジョーはポリカーボネート機械加工品から製造されること
が好ましい。好適なジョー２２及び２４の組は、僅かな極率半径又は湾曲部分２
６を有し、機械的湾曲、つまり付勢のあるベンダ素子が製造される。図２（ｃ）
に示すように、二つの折畳みストリップ２及び４は上部ジョー２２と下部ジョー
２４との間に配設される。プレス２０のジョー２２及び２４は閉鎖しており、二
つの分離折畳みフィルムに必要な圧が印加される。その圧は１００ｐｓｉから１
０，０００ｐｓｉの範囲である。その後、プレス２０及び圧縮されたフィルムは
、圧縮フィルムを低温オーブンに載置させるように、加熱サイクルを受け、フィ
ルムが結合する。オーブンの温度は３５℃（９５°Ｆ）から６５℃（１４９°Ｆ
）の範囲である。より高い温度では、プレス２０内の圧縮フィルムは、短い時間
、略１時間オーブンに放置される。一方、より低い温度では、プレス２０は１２
時間ほどオーブンに維持される。次いで、万力２０は、フィルムの圧縮を解除で
ずにオーブンから除去され、室温へ空気冷却される。結合し、アニールされたフ
ィルムが、所望の機械的付勢または湾曲した形を有する多層ベンダ素子として除
去される。万力２０からベンダ素子３０を除去した後で、マルチモルフベンダ素
子の連続性を試験する。簡単な試験は電場を印加することであり、多層又はマル
チモルフベンダ素子が延伸又は収縮するならば、ベンダ素子は所望の電気連続性
を有する。図４に示すように、結合ベンダ素子３０の自然状態は、図４（ｂ）に
図示するような湾曲、つまり機械的付勢を有する状態である。極性が一の方向に
あれば、図４（ａ）に示すベンダ素子は延伸した状態であり、極性が逆ならば、
図４（ｃ）に示すベンダ素子は収縮状態にある。電気的見地からの多層ベンダ素
子３０は、電気回路におけるコンデンサ及び抵抗として作用する。

【００２１】圧電ユニットセル４０の構造を図５に例示する。好適な実施例では、少なくと
も二つの多層ベンダ素子３０は、端部と端部、具体的にはベンダ素子３２及び３
４で配置され、その端部は可揺型ヒンジ３６及び機械的付勢とともに維持され、
各ベンダ素子の極率は反対方向にある。ベンダ素子３２及び３４のあるユニット
セル４０は、図５（ｂ）に示す収縮状態にある。製造されたベンダ素子３０はユ
ニットセル４０を製造する際には付勢を有しなけれなならず、各ベンダ素子３０
への電場の極性によりそのベンダ素子は収縮状態になり、二つのベンダ素子は相
互に接触しないことは明白である。本発明のユニットセル４０は、一の極性のみ
がユニットセル４０もベンダ素子３０に載置されるよりも大きな偏向ポテンシャ
ルを有する。図５（ａ）は、ベンダ素子３２とベンダ素子３４に反対の電場極性
が印加されたユニットセル４０を示す。二つの付勢された、つまり湾曲ベンダ素
子を有することの効果は、電場を受けた際に、ユニットセル４０は単一のベンダ
素子よりも一層大きな偏向を有することである。ユニットセル４０に印加される
電流の極性が、図４に示すサイン波４２で示すように変化すると、二つのベンダ
素子への電場は同じ電圧を利用して逆となり、ユニットセル４０は図５（ａ）に
示すように延伸する。ユニットセル４０への電圧極性が図５（ａ）に示すように
逆になると、図５（ｂ）のユニットセル４０は殆ど平坦になり、よってサイン波
４２も二つのピーク間で最大の偏向を得ることができることが分かる。ユニット
セル３０のベンダ素子３２及び３４も残りの位置における付勢又は極率がないと
、ユニットセルへの電場を逆にする回路が利用することができない。したがって
、利用した電圧の大きさを増大させることなしに、極性を反転させることは、ユ
ニットセル４０の偏向を二倍にする。これにより、本発明のユニットセル４０は
多くの応用に利用できる。反対方向に機械的及び電気的バイアスの双方を維持さ
せた二つのベンダ素子の配置は、ベンダ素子の構造がユニモルフ若しくはマルチ
モルフであるとにかかわらず、本発明のユニットセルの主要な諸相である。

【００２２】ユニットセル４０の上部ベンダ素子３２及び下部ベンダ素子３４は、一片のテ
ープのような可揺型ヒンジ３６とともに維持される。そのヒンジ３６は、図５に
示すように、二つのベンダ素子３２及び３４も内部にある、又は頂部ベンダ素子
３２の頂部面と底部ベンダ素子３４の下部面とに差した一片のテープのように、
二つのベンダ素子３２及び３４の外部にある、または同程度の設計のヒンジを利
用することができる。電場がユニットセル４０の二つのベンダ素子３２及び３４
に印加されると、ベンダ素子は反対方向に偏向する、ストリップ２及び４の折畳
みに起因する同じ電場にて、上部ベンダ素子３２の圧電フィルムのストリップ２
及び４の反対の極性により、一のフィルムは延伸し、他のフィルムは収縮し、例
えば、そのフィルムの最上部のストリップは延伸し、同じベンダ素子３２もフィ
ルムの下部ストリップは収縮する。同様に、下部ベンダ素子３４のフィルムのス
トリップの反対極性により、そのフィルムの最下部のストリップは延伸するのに
対し、同じベンダ素子３４のフィルムの上部ストリップは収縮する。なお、同じ
ベンダ素子３０のフィルム２及び４のストリップの極性と、フィルムが折畳まれ
る方向を逆にすることにより、むしろ最大の偏向を得るための反対の方向への二
つの電場を要するよりも、単一の極性は単一のベンダ素子３０内で偏向を増大さ
せる。さらに、単一の電場のみがユニットセル４０には必要である。なぜならば
、二つのベンダ素子３２及び３４は電気的に並列であり、ユニットセル４０の所
望最大の偏向を得ることができる。圧電ユニットセル４０はベンダ素子３２の頂
部とベンダ素子３４の底部の各ベンダ素子３０も同じ折畳み数を有する対称性が
あることが好ましい。しかしながら、非対称ユニットセル４０も製造可能である
。ユニットセル４０は直線運動への応用がある。

【００２３】図６を参照するに、ユニットセル４０の直線電気運動応用を例示する。しかし
ながら、単一のユニットセル４０を利用する代わりに、複数のユニットセル４０
を、一のセルの上に他のセルを積層させて、複数のセル４０が電場を受けた際に
各セル４０の偏向が生じるように、ユニットフォース当たり、最大の変位を得る
。ユニットセル４０は、支持プレート４４上に積層させて示す。複数のユニット
セル４０及び支持プレート４４の上記構造は基本であり、ユニットセル４０が利
用され得る別の構造等の代替もある。例えば、ユニットセル４０の偏向力が特定
の方向に要請されている際に、支持プレート４４は偏向が発生する固定構造を表
わす。他方、ユニットセル４０の積層は積層の頂部にわたり延在する可動部材を
有し、支持プレート４４は、例えば、電場が印加除去され、または電場の極性が
逆転するにつれ、偏向力を受容し、頂部ユニットセルの上部面とともに可動する
、膜若しくはピストンアクチュエータのような部材を表わす。さらに、ユニット
セル４０の積層が固定された上部構造を有するならば、偏向により支持プレート
４４の力を下に向けて移動させ、可動構造又は印加された力に対する構造を表わ
す.ユニットセル４０の積層偏向により、したがって複数のユニットセル４０の
力の便益を得ることが容易に可能である多くの変形態様があることは明らかであ
る。

【００２４】一の電気運動にかかる特定の実施態様は、図７に示す圧電ポンプである。単純
な形態のポンプ５０は、並んだユニットセル４０と、好ましくは複数のユニット
セル４０、つまりユニットセル４０の積層を有する駆動ブロックチャンバー５２
のある筐体（図示せず）を有する。チャンバー５２の頂部にはダイアフラム５４
がある。ユニットセル４０はダイアフラム５４と直接接触している、またはピス
トン５６と接触している。アキュムレータチャンバー５８はポンプの筐体の頂点
部分にある。液体入口６０はアキュムレータチャンバー５８に液体を進入させる
入口チェック弁６１を具有する。アキュムレータチャンバー５８の出口には、出
口チェック弁６３を具有する液体出口６２がある。図示するように、ユニットセ
ル４０は延伸状態にあり、上に向かう被印加力がピストン５６に生じ、ダイアフ
ラム５４は液体をアキュムレータチャンバー５８から出す。ユニットセル４０へ
の電場の極性が逆転すると、ユニットセル４０は図示した位置から収縮し、ダイ
アフラム５４の力を解除し、液体をチャンバー５８へ導入させる。

【００２５】本発明の圧電ポンプは多様な構造を有する。例えば、直列にチャンバーがある
マルチチャンバーポンプ、又は並列にチャンバーがあるマルチチャンバープンプ
またはそれらの組合せの構造がある。マルチチャンバーポンプ７０を図８に示し
、液体は一のチャンバーに進入し、他のチャンバーは液体が排出されている以外
は、単一のチャンバーポンプと同様に動作する。ポンプ７０は二つのチャンバー
と、駆動ピストン７２の両側に作動する圧電ユニットセルの「プッシュ−プル」
配置とを有するように例示されている。低部ユニットセル４０Ｌは頂部ユニットセル
４０Ｔと同じ電子信号により駆動されるが、低部ユニットセルの極性は上部ユニ
ットセルの極性とは反対である。その効果は、上部及び下部ユニットセルのシス
テムの全体電気容量が、電子駆動回路に導入されることである。これにより、す
こぶる正確なタイミングシステムになる。別の効果は、電場極性が逆転すると、
収縮ユニットセルがシステム、並びに延伸ユニットセルを機能させることにある
。ポンプの使用に依存して、多くの電気回路を利用してユニットセル４０（Ｔ及
びＬ）へ電場を供給する。直接駆動回路はユニットセルにオン−オフの電場を供
給する。直接駆動回路を利用することの代替は、並列共振駆動回路を利用するこ
とである。サイン波により駆動される際の並列共振回路により、駆動電圧と電流
との間の位相角が９０°に接近する。電源は電圧と電流の積として定義される。
デ夏と電流との間のサイン波位相角は９０°に接近すると、発振を維持させるの
に要する電力は最小となる。並列共振回路を適用すると、システムを動作させる
のに要する電力を低減させ、したがって、システムの効率を向上させることがで
きる。これは、ユニットセル４０（Ｔ及びＬ）も電気容量の性質を利用する回路
構造を利用して達成される。ユニットセルの電気容量はインダクタンスとともに
利用され、同調ＬＣ並列共振回路を作り、ここでＬはインダクタンスの尺度であ
り、Ｃは電気容量の尺度をいう。インダクタンスはセットアップトランスを形態
で回路に供給される。セットアップトランスは電源電圧を増大させるのに必要で
あり、圧電ユニットセルを駆動させる適正な範囲へ増大させる。生じる回路の狭
い周波数応答のため、さらに多くの圧電フィルムの応用はセンサとしてであるこ
とから、圧電フィルムの制御回路を構築する際には、通常、共振回路は回避され
、幅広い範囲の周波数以上で動作する必要がある。共振回路はポンプにような機
械的電源応用への問題ではない。なぜならば、駆動回路の動作周波数はベンダ素
子の機械的出力を最適化するように固定されているからである。駆動周波数が一
旦設定されると、ＬＣ回路は必要とされる機械周波数へ正確に設計され得る。

【００２６】電気回路図のある圧電ポンプ８０を図９に示す。図示する電気回路図は同調共
振タンク８２の一部として、トランス８１の固有のインダクタンスを利用する。
この電気回路図により、同調共振タンク８２の共振周波数が、インダクタンス又
は圧電ポンプ８０への高電圧コンデンサを付加しなければならないよりも、むし
ろトランス８１の主要部の駆動モジュール８３にて低電圧コンデンサを利用して
調整可能となる。

【００２７】本発明は、以下の例により十分に説明され、例示される。

【００２８】例Ｉ銀インクを塗布した１．１ミル厚のポリフッ化ビニリデンシート（Ａｍｐイン
コーポレーティド社製）にラベルを付し、二つのストリップの切断した。そのス
トリップの縁部を３Ｍ社製軟質接着テープでマスクオフし、銀インクの境界をメ
チルエチルケトン（ＭＥＫ）で除去した。二つのストリップを、反対方向にスト
リップの極性機械加工配向で、図２に示すように注意深く折畳む（８倍）。二つ
のストリップをポリカーボネート製ジョーのある万力に載置させる。その万力を
できる限りの圧力で閉鎖する。その万力をオーブンに載置させ、１２２°（５０
℃）で１０時間加熱して銀インク層を結合させる。圧を解除せずに、万力をオー
ブンから取出し、室温に冷却した。

【００２９】結合し、アニールされたベンダ素子を万力から取出した。ベンダ素子は、その
ベンダ素子に電場を印加することにより、マルチモルフの連続性を試験し、偏向
を観測した。

【００３０】本例は本発明のベンダ素子の製造方法を例示する。

【００３１】例ＩＩ例Ｉに記載したのと同じ手続に従い、折畳みフィルムは万力に挿入し、ジョー
は図３に示す極率を有するように機械加工されている。

【００３２】本例は、本発明の付勢されたベンダ素子の製造方法を例示する。

【００３３】例ＩＩＩ例ＩＩの方法で製造された一対のベンダ素子を、印加電場により偏向が反対方
向に生じるように、互いに並置させ、載置させた。各付勢されたベンダ素子の端
部は、スコッチテープのある対応する端部に固定させた。印加電場による一対の
ベンダ素子には、図５に示すような偏向が生じた。

【００３４】本例は、本発明の圧電ユニットセルを例示する。

【００３５】本発明の圧電ユニットセルは幅広い使用の潜在性を有する。図９に例示するポ
ンプ８０及び回路図の構造は、液体冷却通気ガーメント（ＬＣＶＧ）ポンプとし
て適する。ＬＣＶＧポンプの活性熱冷却応用に加えて、圧電ポンプは電気運動ア
クチュエータとして作用する。アクチュエータとしては、圧電ポンプによりロボ
ット工学、遺伝子工学、先端遠隔制御及びテレプレゼンス技術における制御問題
に対する解決策を提供する。

【００３６】ポンプに利用されることに加えて、本発明の圧電電気運動装置は、直線ショー
トストロークアクチュエータのようなアクチュエータとして利用でき、従来のア
クチュエータよりも、エネルギー効率よく、頑丈で経済的及び制御は容易である
出力装置に対する要求を充足する。

【００３７】また、本発明は、図１０に示す圧電（以下、ピエゾという）フィルム駆動回路
にユニークな回路を包含する。その回路システムの鍵は、荷電したピエゾフィル
ムからのエネルギーを移動させ、そのエネルギーをインダクタへ移動させて、フ
ィルム、具体的にはユニットセルに印加すべき所望の最大エネルギーを供給する
周波数で、反対の極性を有するピエゾフィルムを再充電させる能力にある。その
周波数は回路のＴＲＩＡＣ及びＴＲＩＡＣドライバーを使用することにより制御
される。その回路は図１０を参照して説明される。今までに述べたように、ピエ
ゾフィルム（ユニットセルまたはセル）は、回路のＲ１及びＣ１に示すように抵
抗器及びコンデンサとして作用する。４５０ボルトＤＣとして例示する電源はフ
ィルムを初めに充電させるために利用される。これは、Ｑ１にスイッチを入れる
制御回路、又は例示する回路を閉鎖することにより行われ、ピエゾフィルムは４
５０ボルト（Ｖ）まで充電される。充電電流、よって充電時間はＱ１をオン−オ
フを繰り返すことにより制御される（例えば、２ｋＨｚ）。デューティサイクル
は、電源から利用可能である最大の許容電流を超えないように設定される。Ｌ２
のインダクタンスが利用され、以下に詳細に説明されるように、各再充電サイク
ル中電流での初期のスパイクを低減させる。

【００３８】回路のさらなる動作を説明するに先立ち、回路の他の部品には、保存インダク
タＬ１およびＲ３へのゲートとして作用するＴＲＩＡＣＸ1と、パルス信号Ｖ１
による光分離体により動作するＴＲＩＡＣドライバーＵ１と、補給制御とがある
。

【００３９】ピエゾフィルムを充電させると、発振が開始する。周波数を設定するのに必要
であるタイミングパルスは、所望の駆動周波数の二倍で伝送される１０μｓ以下
のパルス幅のＴＴＬレベル信号である。狭いパルス幅が必要であり、インダクタ
の電流がゼロに達すると、ＴＲＩＡＣはスイッチが切れる。制御信号は図面中に
てＶ１として表わされ、光分離体へ駆動電流を供給し、次いで、ＴＲＩＡＣゲー
トの信号のスイッチを提供する。

【００４０】Ｑ１が開放すると、第一のパルスは発生する。第一のパルスが発生すると、Ｔ
ＲＩＡＣＸ１にスイッチが入り、ＴＲＩＡＣＸ１とメインインダクタＬ１と
を介してピエゾフィルムから流れ始める。電流の大きさがＴＲＩＡＣの最小保持
電流以上に増大すると、ＴＲＩＡＣはラッチし、ＴＲＩＡＣＸ１のスイッチが
切れる点の電流が最小保持電流（ほぼゼロ）も降下するまで導電し続ける。ＴＲ
ＩＡＣにスイッチが入るときから切れるときまでの時間の間、ピエゾフィルムに
かかる電圧は、正のピーク（+４５０Ｖ）から負のピーク（ほぼ-４５０Ｖ）へと
変化した。極性の逆転はインダクタによりもたらされる。負のピークの実際の電
圧は、インダクタにて損失されたエネルギー量とサイクル中のピエゾフィルムに
より決定される。ＴＲＩＡＣＸ１がオフであると、ピエゾフィルムは負に帯電
した状態のままであり、僅かに寄生する誘電損失がピエゾフィルムに存在する電
圧をゆっくりと低下させる。

【００４１】Ｖ１からの次の（第二の）パルスまで、ピエゾフィルムは負に帯電した状態の
ままである。第二のパルスがＴＲＩＡＣＸ１に入りが、電流の流れ及び電圧は
逆転し、その過程も逆転する。本サイクルの最後で、ピエゾフィルムは、先の負
に帯電した状態から、正に帯電したままである（+４５０Ｖよりも僅かに低い電
圧）。再び、実際の正のピーク電圧が、インダクタで損失したエネルギー量と、
ＴＲＩＡＣＸ１にスイッチが入る又は切れる二回のサイクルでのピエゾフィル
ムとに決定される。

【００４２】本過程が継続し続けると、電圧は減衰し続け、数多くのサイクルの後でシステ
ムは中止する。連続駆動信号を提供するために、各二回のパルスサイクル中に損
失したエネルギーを補給しなければならない。これは、Ｑ１にスイッチを入れる
制御回路を利用し、正のピーク（+４５０Ｖ）へピエゾフィルムを充電させる電
源を利用することにより行われる。その制御回路は、Ｑ１にスイッチを入れるＴ
ＲＩＡＣＸ１で発生する大きな正の電圧を感知する。Ｑ１にスイッチを入れる
ことは、回路を最大の電圧へ補給又は給電し、Ｑ１のスイッチを切ることは、Ｖ
１からの次の（第三の）パルス前に達成される。その第三のパルスにより次のサ
イクルが開始し、次いで、再度繰り返される。

【００４３】６０Ｈｚのパルス駆動速度で、「保持時間」の周期は、相対的に低い充電電流
を利用して、ピエゾフィルムを４５０Ｖへ再び充電させるのに十分な長い期間で
ある。サイクルの正の部分のみで充電することにより、僅かなＤＣオフセットが
誘導されるが、通常、駆動電圧の数パーセントであり、ピエゾフィルムの動作に
影響しない。

【００４４】このユニークな回路は、充電エネルギーを制御された周波数で回復させながら
、極性（正から負へ）を交互に変更させる装置の電圧に必要とする容量性装置の
給電する能力を有する。ＴＲＩＡＣの本使用は、通常使用される応用とは異なる
。

【００４５】本願で例示したポンプの構造はダイアフラムポンプ又は二重作用ピストンポン
プとして特徴付けられ、本発明の圧電ユニットセルの多用途は、圧電ポンプ及び
遠心ポンプで例示される。さらに、特定のポンプ構造は特定の応用にため変更さ
れる。例えば、図１１を参照するに、二重作用ダイアフラムポンプ７０を、入口
パルス制動子９０と出口パルス制動子９１とを有する形で図示される。上記制動
子は、共振させて十分に動作させたいなら、比較的一様な圧力差異間でポンプ７
０を動作させるには必須である。圧電ポンプの流速度及び圧力は経済的に製造さ
れるサイズのみによって制限される。０ないし５０ｐｓｉと、０ないし５ｇｐｍ
（１分当たりのガロン）の範囲で動作する小さなポンプは通常である。

【００４６】図１２を参照するに、液体チャンバーの構造は、それぞれシリンダー９３及び
９４である。本ポンプは、本質的には正の変位のポンプである。

【００４７】図１３を参照するに、蠕動ポンプ９５は三つの圧電ユニットセル９６、９６（
ａ）及び９６（ｂ）を具有する。可撓性チューブ又はブレダー９７をポンプで注
入される液体を運ぶ。チューブ９７は大きなチューブ、つまり面９８及び９９を
有するチャンバー内にある。電気的に動作していないユニットセル９６とチュー
ブ９７は、可撓性チューブ９７を圧縮させずに面９８と９９との間に適合してい
る。ポンプ動作中に、ユニットセル９６、９６（ａ）及び９６（ｂ）は、負（収
縮位置）と正（延伸位置）との交互のモードで連続して動作している。各サイク
ルの初期にて、図１３に示すように、ユニットセル９６は負のモードにあるが、
一方、ユニットセル９６（ａ）及び９６（ｂ）は正のモードにある。その後、図
１３（ａ）に示すように、ユニットセル９６は正に切り替われり、ユニットセル
９６（ａ）は負に切り替わる。さらに、図１３（ｂ）に示すように、ユニットセ
ル９６（ａ）は正に切り替わり、ユニットセル９６（ｂ）は負に切り替わる。本
サイクルが繰り返されてポンプ９５が動作する。なお、本ポンプの構造において
、ピストンを介して、各ユニットセル９６、９６（ａ）及び９６（ｂ）は直接力
及び間接力を及ぼす。

【００４８】図１４を参照するに、圧電セルはフォースアクチュエータに動力を伝送するの
に利用され、そのフォースアクチュエータはラック及びピストンにより例示され
ている。遠心ポンプ１００は、出口１０３のある遠心ポンプヘッド１０２を具有
する。入口は、ポンプヘッド１０２にあるインペラーに取付けた駆動シャフト１
０４を有する。一方向クラッチ（図示せず）が、ポンプヘッド１０２の外面と駆
動シャフト１０４のピストンとの間にある。圧電ユニットセル１０６は面１０８
に付けられている。ユニットセル１０６の頂部にはラック１１０がある。ポンプ
１００に動作中に、ユニットセル１０６の拡張により、ピストン１０６を反時計
方向に回転させながら、ラック１１０を移動させ、駆動シャフト１０４を回転さ
せる。ユニットセル１０６が正常な状態へ移動すると、ラック１１０は下に移動
し、ピストン１０５は時計回りに回転するが、クラッチは係合しないので駆動シ
ャフト１０４は回転しない。

【００４９】ポンプのさまざまなタイプの上記例は、利用可能であるポンプの種類の多様性
と、本発明のユニットセルのさまざまな動作を説明するものである。上記ポンプ
は心臓ポンプとして、投薬又は他の数多くある適用のための流量調節ポンプのよ
うな応用を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】各側に薄い層の銀電極塗膜を有するポリフッ化ビニリデンの二つのストリップ
を利用したベンダ素子の製造を説明する一連の模式図（ａ，ｂ，ｃ及びｄ）を示
し（フィルムはタブを有するように切除されており、塗膜は頂部及び底部に塗布
された形付けられた層である）、ポリフッ化ビニリデンの頂部フィルムの極性は
ポリフッ化ビニリデンの底部フィルムのそれとは反対である。具体的には、図１
（ａ）は、塗膜されたタブの頂部と折畳んだ一つのタブとのみ有するフィルムの
ストリップを示し、図１（ｂ）は、一つのタブの頂部と、一方に折畳んだタブと
他方に塗膜されたタブの底部とを有するフィルムの第二のストリップを示す図で
あり、図１（ｃ）は、二枚のフィルムを一緒に載置させた図を示し、図１（ｄ）
は、二枚のフィルムを接続させた図を示す。

【図２】ストリップを結合若しくはラミネートさせる前の圧電バイモルフの二枚のスト
リップの折畳みを示す一連の模式図である。具体的には、図２（ａ）は、図１に
全体を示した二枚のフィルムの接続を示し、図２（ｂ）は、ストリップと極性機
械加工配向を配置を示し、図２（ｃ）は、本発明のベンダ素子を形成するフィル
ムの折畳みを示す。

【図３】所望の極率半径を有するベンダ素子を結合させるサイズ及び形を有するジョー
でプレスした断面図及び端面図である。

【図４】ユニットセルに載置された極性を変化させる交流電場のサインカーブと、その
ユニットセルの対応する偏向変化を示す模式図である。具体的には、図４（ａ）
は、極性の一端でのユニットセルの偏向を示し、図４（ｂ）は、極性による偏向
のないユニットセルを示し、図４（ｃ）は、極性の他端でのユニットセルの偏向
を示す。

【図５】本発明の圧電ユニットセルを示す模式図であり、具体的には、図５（ａ）は、
ユニットセルのベンダ素子に電場をもたらす電気極性と、延伸状態にあるユニッ
トセルを示し、図５（ｂ）は、ユニットセルへの電場の極性が逆であり、ユニッ
トセルが収縮状態にある。

【図６】支持プレートにある積層、つまり複数のユニットセルの模式図であり、具体的
には、図６（ａ）は、ユニットセルを収縮させる初期の電気極性を示し、図６（
ｂ）は、ユニットセルを延伸させるベンダ素子に電場を供給する反対の電気極性
を示す。

【図７】単一のチャンバーポンプ用の駆動ブロックとして作用する複数のユニットセル
のある単純な圧電電気運動装置を示す模式図であり、ポンプは外筐体のない断面
で示す。

【図８】二重平行チャンバーのある圧電ポンプのプッシュプルピストンを動作させる平
行多重ユニットセルを有する圧電ポンプを示す模式図である。

【図９】圧電ポンプを動作させる電気回路を示す模式的ダイアグラムである。

【図１０】本発明のユニットセルに給電するユニーク回路の模式的ダイアグラムである。

【図１１】二重平行チャンバーと、入口制動子及び出口制動子のある圧電ポンプのプッシ
ュプルピストンを動作させる平行多重ユニットセルのある圧電ポンプを示す模式
図である。

【図１２】二重平行シンリンダーと、入口制動子及び出口制動子でのプッシュプルピスト
ンのある圧電ポンプの模式図である。

【図１３】可撓性チューブを介する液体の流れを作動させる三つのマルチセルのある蠕動
ポンプの模式図である。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、正の流れを維持する
ように三つの圧電ユニットセルの周期動作を示す。

【図１４】圧電的に駆動する遠心ポンプの模式図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ロバートソン，ウィリアムシーアメリカ合衆国テキサス州 77062 ヒューストンウッドサイド・ドライヴ 2203 (72)発明者マティス，クリストファージェイアメリカ合衆国オハイオ州 45305 ベルブルックマックビー・ロード 768 Ｆターム(参考） 3H077 CC02 CC04 CC09 CC10 DD06 DD15 EE34 FF07 FF08 FF36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体チャンバーを有するポンプ筐体と、ａ）機械的に付勢された第一のベンダ素子と、ｂ）前記第一のベンダ素
子とは反対方向に機械的に付勢された第二のベンダ素子と、ｃ）前記第一及び
前記第二のベンダ素子の端部の分離を阻止する手段とを具備する前記筐体内の圧
電ユニットセルと、前記チャンバーの堆積を変化させるように、前記圧電ユニットセルにより動作
するピストンと、を具備する圧電ポンプ。
【請求項２】前記ポンプ筐体はマルチチャンバーを有する、請求項１に記
載の圧電ポンプ。
【請求項３】前記ポンプ筐体は二つのチャンバーを有し、前記ピストンは
アクティベータプレートを有し、少なくとも一つの前記ユニットセルは前記ピス
トンアクティベータの前後に配設させて前記ピストンに「プッシュ−プル」をも
たらす、請求項１に記載の圧電ポンプ。
【請求項４】二つの面の間に位置する入口及び出口を有する可撓性ブレダ
ーと、ａ）機械的に付勢された第一のベンダ素子と、ｂ）前記第一のベンダ
素子とは反対方向に機械的に付勢された第二のベンダ素子と、ｃ）前記第一及
び前記第二のベンダ素子の端部の分離を阻止する手段とを具備する圧電ユニット
を、前記可撓性ブレダーに沿って直列に配設させた複数の圧電ユニットと、前記ブレダーと前記面の一つが接触して、前記ベンダ内で前記入口から前記出口へ液体を移動させるように、前記ユニッ
トセルを交互モードで連続して動作させる電気動作手段と、を具備する蠕動圧電ポンプ。
【請求項５】前記ユニットセルを交互モードで連続して動作させる電気動
作手段をさらに具備する、請求項１に記載の圧電ポンプ。
【請求項６】コンデンサと、保存インダクタへのゲートとして作用するＴ
ＲＩＡＣとを本質的に含む閉鎖ループと、前記コンデンサと、ＴＲＩＡＣと直列である保存インダクタと、光分離体ＴＲＩＡＣドライバーと、前記光分離体ＴＲＩＡＣドライバーへ電流を供給し、前記ＴＲＩＡＣゲートに
対してスイッチ信号を供給するパルス制御信号と、を具備する駆動回路。
【請求項７】前記コンデンサは圧電フィルムである、請求項６に記載の駆
動回路。
【請求項８】多層であり、機械的に付勢させて第一の圧電ベンダ素子と、多層であり、機械的に付勢された第二の圧電ベンダ素子であって、前記第一及
び前記第二のベンダ素子はエンドトゥエンドで載置され、前記第一の圧電ベンダ
素子が一の方向に機械的に付勢されており、前記第一の圧電ベンダ素子と反対方
向に機械的に付勢された前記第二の圧電ベンダ素子と、前記二つのベンダ素子の前記タンブの分離を阻止する手段と、を具備する圧電ユニットセル。
【請求項９】ａ）第一の付勢多層圧電ベンダ素子と、ｂ）前記第一
の付勢多層圧電ベンダ素子とは反対方向に機械的に付勢され、前記第一の付勢多
層圧電ベンダ素子とエンドトゥエンドで載置させた第二の付勢多層圧電ベンダ素
子と、ｃ）前記二つのベンダ素子の前記端部の分離を阻止する手段とを具備す
る圧電ユニットセルと、前記ベンダ素子を電場に晒す手段と、を具備する圧電電気運動装置。
【請求項１０】多層であり、一の方向に機械的に付勢された第一の圧電ベ
ンダ素子と、多層であり、前記第一のベンダ素子とは反対方向に機械的に付勢された第二の
圧電ベンダ素子であって、各多層ベンダ素子は折畳めて層を形成する単一の材料
からなり、前記第一及び第二のベンダ素子はエンドトゥエンドに載置されており
、よって前記第一の圧電ベンダ素子が一の方向に付勢されておいり、前記第一の
圧電ベンダ素子と反対方向に機械的に付勢された前記第二の圧電ベンダ素子と、前記二つのベンダ素子の前記端部の分離を阻止する手段と、を具備する圧電ユニットセル。
【請求項１１】前記分離を阻止する手段は可揺型ヒンジである、請求項８
に記載の圧電ユニットセル。
【請求項１２】前記可揺型ヒンジは一片のテープである、請求項１１に記
載の圧電ユニットセル。
【請求項１３】プレスにて複数の層に折畳んだ各側に塗設した銀電極塗膜
から本質的になる層を有する第一の圧電フィルムを配設させ、印加電圧に対して前記第一のフィルムの配向と１８０°の関係にある極性機械
加工配向を有し、前記第一のフィルムに頂部の複数の層にて折畳まれた各がエア
に塗設された銀電極塗膜から本質的になる層を有する第二の圧電フィルムを配設
させ、フィルムを圧縮させるために、前記フィルムを圧縮させながら前記折畳み圧電
フィルムに加熱・押圧し、前記圧縮フィルムを冷却し、前記フィルムを結合させ
るためにフィルムを加熱・アニールすることを具備する圧電ベンダ素子の製造方法。
【請求項１４】前記圧電フィルムはポリフッ化ビニリデンである、請求項
１３に記載の製造方法。
【請求項１５】前記印加圧は１００ｐｓｉから１０,０００ｐｓｉである
、請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１６】前記加熱は３５℃〜６５℃の温度である、請求項１３記載
の製造方法。
【請求項１７】加熱時間は３０分から１２時間の間であり、高い温度ほど
前記時間は短い、請求項１６記載の製造方法。
【請求項１８】前記銀電極塗膜の薄層は前記フィルムの縁部に触れていな
い、請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１９】前記プレスは前記ベンダ素子に極率半径を付与する、請求
項１３に記載の製造方法。
【請求項２０】前記第二のフィルムの層の適正な数は、前記プレス内の前
記第一のフィルムと同じである、請求項１３に記載の製造方法。
【請求項２１】フィルムのタブは各前記フィルムから延在し、電気鉛が前
記タブに取付けてある、請求項１３に記載の製造方法。
【請求項２２】フィルムのタブは各前記フィルムから延在し、折畳って前
記タブ上に載置させるように配設され、銀電極塗膜の前記フィルムの電気的連続
性をもたらす、請求項１３に記載の製造方法。
【請求項２３】単一の折畳みフィルムと同じ材料の各層の配向で、プレス
にて各側に塗設した電極塗膜の薄層を有する圧電材料の第一の複数の層を配設し
、単一の折畳みフィルムと同じ材料の各層の配向で、各側に塗設した電極塗膜の
薄層を有する圧電材料の第二の層であり、前記第一の複数の層の頂部に、前記第
二の圧電材料の複数の層を、前記第二の圧電材料の複数の層が、印加電圧に対し
て前記第一の複数の層から１８０°の関係にある極性機械加工配向であるように
配向するように配設し、前記材料の層を圧縮させるために、圧電材料の前記層を押圧し、前記材料の層
を圧縮を維持させながら加熱し、前記圧縮・加熱フィルムを冷却させて前記材料
の層を結合させアニールさせることを具備する圧電ベンダ素子の製造方法。
【請求項２４】前記プレスにより前記ベンダ素子に極率半径を付与する、
請求項２３に記載の機械的に付勢された圧電ベンダ素子の製造方法。
【請求項２５】前記第二の材料の層の適正な層の数は、前記プレスの前記
第一の材料の層と同じである、請求項２３に記載の製造方法。
【請求項２６】電極塗設材料のタブは材料の前記各層から延在し、前記タ
ブ上で折畳まるように載置され、電極塗膜の前記フィルムの電気的連続性をもた
らす、請求項２３に記載の製造方法。