JP2002532655A - 強誘電性ポンプ - Google Patents
強誘電性ポンプInfo
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Classifications
-
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
- F04B43/0009—Special features
- F04B43/0054—Special features particularities of the flexible members
-
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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- F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
- F04B43/04—Pumps having electric drive
-
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- F04B45/04—Pumps or pumping installations having flexible working members and specially adapted for elastic fluids having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
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-
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- F04B53/10—Valves; Arrangement of valves
-
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Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Reciprocating Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
強誘電性ポンプは、ハウジングの内側に１つ以上の可変容量ポンプ室を有している。各室は、アクチュエータの内側表面と外側表面との間に印加される電圧により変化するドーム形状の内側にプレストレスが与えられた強誘電性アクチュエータを備える少なくとも１つの壁を有している。ポンピングされる媒体は、強誘電性アクチュエータの変位に応じて各ポンプ室に流入し、それから流出する。強誘電性アクチュエータは、各壁内に取り付けられ、そして、ポンピングされる媒体から各強誘電性アクチュエータを分離し、各強誘電性アクチュエータに印加される電圧のための通路を供給し、そして、各強誘電性アクチュエータの閉じ込みを与え、同時に、印加された電圧に応じて各強誘電性アクチュエータの全体の変位を可能とする。
Description
【０００１】 （関連ケースに対するクロスリファレンス） 本出願は、「Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｆｌｕｉｄ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔ
ｒｏｌ Ｖａｌｖｅ（強誘電性流体フローコントロールバルブ）」と称する１９
９８年 月 日出願の通例特許協力条約出願第 号を有する同時係属出願に関す
る。
ｒｏｌ Ｖａｌｖｅ（強誘電性流体フローコントロールバルブ）」と称する１９
９８年 月 日出願の通例特許協力条約出願第 号を有する同時係属出願に関す
る。
【０００２】 （発明の起源） ここに記述されている本発明は、米国政府の被用者によって作成され、そして
、それについての、あるいはそのためのロイヤリティーの支払いなく、政府のた
めに政府によって製造されて、使用されることができる。
、それについての、あるいはそのためのロイヤリティーの支払いなく、政府のた
めに政府によって製造されて、使用されることができる。
【０００３】 （発明の背景） （発明の分野） この発明は、液体と気体の両方のためのポンプに関し、特に、アクチュエータ
の内側表面と外側表面との間に印加される電圧によって変化する湾曲とドームの
高さとを有する１つ以上のドーム形状の内側にプレストレスが与えられた強誘電
性アクチュエータを使用する強誘電性ポンプに関する。
の内側表面と外側表面との間に印加される電圧によって変化する湾曲とドームの
高さとを有する１つ以上のドーム形状の内側にプレストレスが与えられた強誘電
性アクチュエータを使用する強誘電性ポンプに関する。
【０００４】 （関連技術の説明） 従来のポンプは、一般に、容積式（positive displacement）と押上の２つの
種類に分類される。押上ポンプは、機械的可動パーツ全体に沿って材料を押し上
げて、それによって材料の圧力へを生成する。容積式ポンプは、材料の圧縮の原
理に基づいて作用する。例として、往復ポンプとベロー型ポンプとが挙げられる
。往復ポンプは、通常、シリンダ内にピストンを使用し、そして、外部電源は、
ピストンの必要とされる機械的運動を供給するのに使用されている。ベロー型ポ
ンプは、端部プレート間に変形可能な膜を有する２つの変形しない外側に駆動さ
れた端部プレートによって形成されるポンプ容量で構成される。
種類に分類される。押上ポンプは、機械的可動パーツ全体に沿って材料を押し上
げて、それによって材料の圧力へを生成する。容積式ポンプは、材料の圧縮の原
理に基づいて作用する。例として、往復ポンプとベロー型ポンプとが挙げられる
。往復ポンプは、通常、シリンダ内にピストンを使用し、そして、外部電源は、
ピストンの必要とされる機械的運動を供給するのに使用されている。ベロー型ポ
ンプは、端部プレート間に変形可能な膜を有する２つの変形しない外側に駆動さ
れた端部プレートによって形成されるポンプ容量で構成される。
【０００５】 銅巻線と連結される熱損失およびうず電流からの磁気損失は、可動機械的パー
ツを使用する従来のポンプの効率における減少に寄与する。従来のポンプの流量
比および圧力可能出力を満たすことが可能であるが、より少ない熱損失をこうむ
るポンプを有することは有利なことである。寸法および構造の複雑性の低減は、
さらに、製造費用が減少されることが可能であるので好ましい。そのうえ、可動
機械的パーツの数における減少は、磨耗および汚染を減少し、信頼性を増大する
ことになる。
ツを使用する従来のポンプの効率における減少に寄与する。従来のポンプの流量
比および圧力可能出力を満たすことが可能であるが、より少ない熱損失をこうむ
るポンプを有することは有利なことである。寸法および構造の複雑性の低減は、
さらに、製造費用が減少されることが可能であるので好ましい。そのうえ、可動
機械的パーツの数における減少は、磨耗および汚染を減少し、信頼性を増大する
ことになる。
【０００６】 従来のピストン、ベローなどではなくて、圧電装置を使用する非常に多くのポ
ンプが、現在、存在している。２つの圧電材料の対抗する作用は、米国特許第３
、９６３、３８０号および第４、８４２、４９３号に開示されている。Ｔｈｏｍ
ａｓらによる米国特許第３、９６３、３８０号は、取り付けリングに固定される
１つあるいは２つの市販で入手可能なディスクベンダーから成る可変容量室を有
するマイクロポンプについて開示している。そのディスクベンダーは、エポキシ
セメントで、真鍮シムストックのわずかに大きいディスクに結合される圧電材料
の薄いウエハから成る。電圧が印加されるとき、圧電ウエハは、ウエハの平面内
で、直径が拡張したり、あるいは収縮したりする。ウエハの周辺は、真鍮ディス
クへの結合のため、直径を変化することができないので、結果として生ずる運動
は、球形表面を形成するために、中央において膨張するものである。Ｎｉｌｓｓ
ｏｎによる米国特許第４、８４２、４９３号は、圧電ポンプについて開示してお
り、それには、ピエゾセラミック部分は、長さ、幅および高さすべてにおける変
化が、所望のポンプ容量変位を生成するために一斉に組み合わすように配置され
る。従来の小さい変位圧電要素が使用されているので、比較的長いポンプチャネ
ルは、コンポーネントパーツの複雑なアセンブリを必要とする適切なポンプ容量
を供給するために必要とされる。
ンプが、現在、存在している。２つの圧電材料の対抗する作用は、米国特許第３
、９６３、３８０号および第４、８４２、４９３号に開示されている。Ｔｈｏｍ
ａｓらによる米国特許第３、９６３、３８０号は、取り付けリングに固定される
１つあるいは２つの市販で入手可能なディスクベンダーから成る可変容量室を有
するマイクロポンプについて開示している。そのディスクベンダーは、エポキシ
セメントで、真鍮シムストックのわずかに大きいディスクに結合される圧電材料
の薄いウエハから成る。電圧が印加されるとき、圧電ウエハは、ウエハの平面内
で、直径が拡張したり、あるいは収縮したりする。ウエハの周辺は、真鍮ディス
クへの結合のため、直径を変化することができないので、結果として生ずる運動
は、球形表面を形成するために、中央において膨張するものである。Ｎｉｌｓｓ
ｏｎによる米国特許第４、８４２、４９３号は、圧電ポンプについて開示してお
り、それには、ピエゾセラミック部分は、長さ、幅および高さすべてにおける変
化が、所望のポンプ容量変位を生成するために一斉に組み合わすように配置され
る。従来の小さい変位圧電要素が使用されているので、比較的長いポンプチャネ
ルは、コンポーネントパーツの複雑なアセンブリを必要とする適切なポンプ容量
を供給するために必要とされる。
【０００７】 Ｏｋｕｙａｍａらによる米国特許第４、９３９、４０５号に開示されている概
念は、小さい流体圧力ヘッドに対してポンプで汲み上げるためだけに、すなわち
、ポンプで汲み上げられる流体のきわめて小さい背圧に対してポンプで汲み上げ
るためだけに有用であること考えられる。その概念は、圧電ウエハをばねのよう
な膜に懸垂し、そして、共振周波数でそのウエハを駆動することによって、圧電
ウエハの適度の振幅を増大することに基づいている。欠点は、小さい力、それ故
、このような共振システムと連結した小さい流体ヘッド可能出力である。その概
念は、さらに、コンポーネントパーツの入り組んだアセンブリを必要とする。
念は、小さい流体圧力ヘッドに対してポンプで汲み上げるためだけに、すなわち
、ポンプで汲み上げられる流体のきわめて小さい背圧に対してポンプで汲み上げ
るためだけに有用であること考えられる。その概念は、圧電ウエハをばねのよう
な膜に懸垂し、そして、共振周波数でそのウエハを駆動することによって、圧電
ウエハの適度の振幅を増大することに基づいている。欠点は、小さい力、それ故
、このような共振システムと連結した小さい流体ヘッド可能出力である。その概
念は、さらに、コンポーネントパーツの入り組んだアセンブリを必要とする。
【０００８】 米国特許第４、９４４、６５９号および第５、０９４、５９４号それぞれは、
ポンプの変形可能な室の壁に連結される変形手段として圧電ディスクを使用して
いる。Ａｂｂｅらによる米国特許第４、９４４、６５９号は、小さい流体圧力ヘ
ッドに対して比較的少量の流体を送り出す遠隔操作によるコマンド可能なコント
ロールロジックを有する注入可能なポンプに適すると考えられている。ポンプ作
用は、圧電ディスクを湾曲するために膜に付着される圧電ディスクによって設け
られる。Ｂｒｅｎｎａｎによる米国特許第５、０９４、５９４号は、正確な高度
に繰り返し可能にピコリットル量の流体を供給するために、電気泳動ユニットと
組み合わせて使用されるポンプに適すると考えられている。可変容量室は、シム
ストックのより大きいディスクに付着される圧電材料の薄いウエハを含んでいる
。ウエハの周辺は、それがディスクに固定されるので、直径を変化することがで
きない。したがって、電圧が印加されるとき、結果として生ずる運動は中央にお
いて膨張するものである。
ポンプの変形可能な室の壁に連結される変形手段として圧電ディスクを使用して
いる。Ａｂｂｅらによる米国特許第４、９４４、６５９号は、小さい流体圧力ヘ
ッドに対して比較的少量の流体を送り出す遠隔操作によるコマンド可能なコント
ロールロジックを有する注入可能なポンプに適すると考えられている。ポンプ作
用は、圧電ディスクを湾曲するために膜に付着される圧電ディスクによって設け
られる。Ｂｒｅｎｎａｎによる米国特許第５、０９４、５９４号は、正確な高度
に繰り返し可能にピコリットル量の流体を供給するために、電気泳動ユニットと
組み合わせて使用されるポンプに適すると考えられている。可変容量室は、シム
ストックのより大きいディスクに付着される圧電材料の薄いウエハを含んでいる
。ウエハの周辺は、それがディスクに固定されるので、直径を変化することがで
きない。したがって、電圧が印加されるとき、結果として生ずる運動は中央にお
いて膨張するものである。
【０００９】 既存の圧電ポンプの欠点は、流量および圧力可能出力が少ないことである。そ
のうえ、それらは、通常、結合されたコンポーネントパーツのアセンブリを必要
とする。したがって、既存の圧電ポンプ装置よりも高い流量および高い圧力を生
成し、同時に信頼性、効率、小さいサイズおよび低コストを維持する新規な圧電
ポンプデザインが必要である。さらに、結合されたコンポーネントのアセンブリ
を必要としない圧電ポンプが必要である。多数の市場がこのようなポンプから利
益を得ることが可能である。それらは、軍や生物医学的領域、インクジェットプ
リンタおよび滴定プロセスに適用される可能性がある。それらは、さらに、燃料
ポンプおよび小さい給水ポンプとして有用でありうる。
のうえ、それらは、通常、結合されたコンポーネントパーツのアセンブリを必要
とする。したがって、既存の圧電ポンプ装置よりも高い流量および高い圧力を生
成し、同時に信頼性、効率、小さいサイズおよび低コストを維持する新規な圧電
ポンプデザインが必要である。さらに、結合されたコンポーネントのアセンブリ
を必要としない圧電ポンプが必要である。多数の市場がこのようなポンプから利
益を得ることが可能である。それらは、軍や生物医学的領域、インクジェットプ
リンタおよび滴定プロセスに適用される可能性がある。それらは、さらに、燃料
ポンプおよび小さい給水ポンプとして有用でありうる。
【００１０】 （発明の供述） したがって、本発明の目的は、既存の圧電ポンプよりサイズが小さくて、そし
て、同一サイズの既存の圧電ポンプと同等か、あるいはそれより大きい流量およ
び圧力可能出力を維持することが可能なポンプを提供することである。
て、同一サイズの既存の圧電ポンプと同等か、あるいはそれより大きい流量およ
び圧力可能出力を維持することが可能なポンプを提供することである。
【００１１】 別の目的は、可動機械的パーツのないポンプを提供することである。
【００１２】 本発明の別の目的は、結合されたコンポーネントの複雑なアセンブリを必要と
しないポンプを提供することである。
しないポンプを提供することである。
【００１３】 本発明のさらなる目的は、１つ以上のドーム形状の内側にプレストレスが与え
られた強誘電性アクチュエータを使用するポンプを提供することであり、各アク
チュエータは、アクチュエータの内側表面と外側表面との間に印加される電圧に
より変化する湾曲とドーム高さとを有している。
られた強誘電性アクチュエータを使用するポンプを提供することであり、各アク
チュエータは、アクチュエータの内側表面と外側表面との間に印加される電圧に
より変化する湾曲とドーム高さとを有している。
【００１４】 別の目的は、１つ以上のドーム形状の内側にプレストレスが与えられた強誘電
性アクチュエータを使用するポンプを提供することであり、各アクチュエータは
、アクチュエータの内側表面と外側表面との間に印加される電圧により変化する
湾曲とドーム高さとを有し、各アクチュエータは、ポンピングされる媒体から強
誘電性アクチュエータを分離し、強誘電性アクチュエータに印加される電圧のた
めの通路を供給し、強誘電性アクチュエータを確実に閉じ込め、同時に、印加さ
れた電圧に応じて強誘電性アクチュエータ全体の変位を可能とする取り付け構造
を有している。
性アクチュエータを使用するポンプを提供することであり、各アクチュエータは
、アクチュエータの内側表面と外側表面との間に印加される電圧により変化する
湾曲とドーム高さとを有し、各アクチュエータは、ポンピングされる媒体から強
誘電性アクチュエータを分離し、強誘電性アクチュエータに印加される電圧のた
めの通路を供給し、強誘電性アクチュエータを確実に閉じ込め、同時に、印加さ
れた電圧に応じて強誘電性アクチュエータ全体の変位を可能とする取り付け構造
を有している。
【００１５】 本発明の別の目的は、液体と気体の両方の単向性連続ポンピングを提供するこ
とである。
とである。
【００１６】 さらなる別の目的は、気体の循環圧縮が可能であるポンプを提供することであ
る。
る。
【００１７】 本発明の追加の目的および利点は、図面と追随する明細から明らかである。
【００１８】 （発明の概要） 本発明によれば、前述のことならびに他の目的および利点は、１つ以上のドー
ム形状の内側にプレストレスが与えられた強誘電性アクチュエータを使用する強
誘電性ポンプを提供することによって達成され、各アクチュエータは、アクチュ
エータの内側表面と外側表面との間に印加される電圧により変化する湾曲とドー
ム高さとを有している。本ポンプは、過去において、機械的運動への電力の単な
る変換器として見なされていた強誘電性装置が、更に、流体ポンプメカニズムの
一要素であり、そして実際には重要な部分でありうるという認識を具体化してい
る。本発明は、強誘電性アクチュエータ自体が、ピストンとシリンダとの両方の
機能を行うという点で往復ポンプと異なっている。そのうえ、外部に供給される
のではなく、「ピストン」への原動力となる機械的な力は、強誘電性装置の内側
で完全に生成される。本ポンプは、さらに、端部プレート、変形膜および機械的
な可動部すべてが、単一の簡単なパーツ、すなわち、強誘電性アクチュエータに
属するという点でベロー型ポンプと異なっている。
ム形状の内側にプレストレスが与えられた強誘電性アクチュエータを使用する強
誘電性ポンプを提供することによって達成され、各アクチュエータは、アクチュ
エータの内側表面と外側表面との間に印加される電圧により変化する湾曲とドー
ム高さとを有している。本ポンプは、過去において、機械的運動への電力の単な
る変換器として見なされていた強誘電性装置が、更に、流体ポンプメカニズムの
一要素であり、そして実際には重要な部分でありうるという認識を具体化してい
る。本発明は、強誘電性アクチュエータ自体が、ピストンとシリンダとの両方の
機能を行うという点で往復ポンプと異なっている。そのうえ、外部に供給される
のではなく、「ピストン」への原動力となる機械的な力は、強誘電性装置の内側
で完全に生成される。本ポンプは、さらに、端部プレート、変形膜および機械的
な可動部すべてが、単一の簡単なパーツ、すなわち、強誘電性アクチュエータに
属するという点でベロー型ポンプと異なっている。
【００１９】 本ポンプは、ハウジングの内側に１つ以上の可変容量ポンプ室を有している。
各室は、アクチュエータの内側表面と外側表面との間に印加される電圧により変
化する湾曲とドーム高さとを有するドーム形状の内側にプレストレスが与えられ
た強誘電性アクチュエータを備える少なくとも１つの壁を有している。ポンピン
グされる媒体は、強誘電性アクチュエータの変位に応じて各ポンプ室に流入し、
それから流出する。強誘電性アクチュエータは、各壁内に取り付けられ、そして
、ポンピングされる媒体から各強誘電性アクチュエータを分離し、各強誘電性ア
クチュエータに印加される電圧のための通路を供給し、各強誘電性アクチュエー
タの確実な閉じ込めを与え、同時に、印加された電圧に応じて各強誘電性アクチ
ュエータの全体の変位を可能とする。
各室は、アクチュエータの内側表面と外側表面との間に印加される電圧により変
化する湾曲とドーム高さとを有するドーム形状の内側にプレストレスが与えられ
た強誘電性アクチュエータを備える少なくとも１つの壁を有している。ポンピン
グされる媒体は、強誘電性アクチュエータの変位に応じて各ポンプ室に流入し、
それから流出する。強誘電性アクチュエータは、各壁内に取り付けられ、そして
、ポンピングされる媒体から各強誘電性アクチュエータを分離し、各強誘電性ア
クチュエータに印加される電圧のための通路を供給し、各強誘電性アクチュエー
タの確実な閉じ込めを与え、同時に、印加された電圧に応じて各強誘電性アクチ
ュエータの全体の変位を可能とする。
【００２０】 本発明のより完全な理解およびそれに付帯する利点の大多数のものは、添付の
図面に関連して考慮されるとき、下記の詳細な説明を参照にしてより良く理解さ
れると同時に容易に達成される。
図面に関連して考慮されるとき、下記の詳細な説明を参照にしてより良く理解さ
れると同時に容易に達成される。
【００２１】 （好ましい実施形態の詳細な説明） 本発明の第１の実施形態は、３室のポンプのダイアグラムである図１に示され
ている。ポンプハウジング３０は、３つのポンプ室３２、３４、３６を囲んでい
る。所望の多数のポンプ室および１つのポンプ室が使用されてもよい。各ポンプ
室は、アクチュエータの内側表面と外側表面との間に印加される電圧により変化
する湾曲とドーム高さとを有するドーム形状の内側にプレストレスが与えられた
強誘電性アクチュエータ４０を備える少なくとも１つの壁３８を有している。こ
のようなアクチュエータの例示は、「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｍ
ｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ
ｓ（モノリシックのプレストレスが与えられたセラミック装置を製造する方法）
」の米国特許第５、４７１、７２１号に示され、その結果、参照として組み込ま
れて、そして、Ａｕｒａ Ｃｅｒａｍｉｃｓから市販で入手可能であり、かつ「
Ｔｈｉｎ Ｌａｙｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｕｎｉｍｏｒｐｈ Ｆｅｒｒｏｅ
ｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｒｉｖｅｒ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ（薄い層の合成物の単一
組成の強誘電性ドライバおよりセンサ）」の米国特許第５、６３２、８４１号に
示され、さらに、その結果、参照として組み込まれている。強誘電性アクチュエ
ータへの電圧の印加は、アクチュエータの面間に電界を生じ、そして、応じて、
アクチュエータの形状が変化する。アクチュエータは、印加された電界の極性に
より、平板化するか、あるいは高められるかのいずれかである。強誘電性アクチ
ュエータのこのタイプは、本質的に、機械的運動の範囲と、それが出力する力の
範囲との間に有利なバランスを示している。印加電圧、周波数、および、強誘電
性アクチュエータのサイズの選択は、生成される運動と力との特定量を決定する
。この強誘電性アクチュエータは、数百パーセントまでのひずみを有することが
可能であり、そして、少なくとも１０ポンドの負荷に耐えることが可能である。
ポンプの作業可能出力は、共通のマニホルドに取り付けられるマルチプル強誘電
性アクチュエータを使用することによって増大されることが可能である。クラム
シェルのようにリムに対してリムが積み重ねられる一対のアクチュエータから2
倍の偏位を得ることが可能である。いくつかのこのようなクラムシェルアセンブ
リは、いっそう大きい偏位が必要とされる場合、カスケードされることが可能で
ある。このような配置は、「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｍｏｎｏｌ
ｉｔｈｉｃ Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ（モノ
リシックのプレストレスが与えられたセラミック装置を製造する方法）」の米国
特許第５、４７１、７２１号と、「Ｔｈｉｎ Ｌａｙｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
Ｕｎｉｍｏｒｐｈ Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｒｉｖｅｒ ａｎｄ Ｓ
ｅｎｓｏｒ（薄い層の合成物の単一組成の強誘電性ドライバおよりセンサ）」の
米国特許第５、６３２、８４１号とに記述されている。
ている。ポンプハウジング３０は、３つのポンプ室３２、３４、３６を囲んでい
る。所望の多数のポンプ室および１つのポンプ室が使用されてもよい。各ポンプ
室は、アクチュエータの内側表面と外側表面との間に印加される電圧により変化
する湾曲とドーム高さとを有するドーム形状の内側にプレストレスが与えられた
強誘電性アクチュエータ４０を備える少なくとも１つの壁３８を有している。こ
のようなアクチュエータの例示は、「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｍ
ｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ
ｓ（モノリシックのプレストレスが与えられたセラミック装置を製造する方法）
」の米国特許第５、４７１、７２１号に示され、その結果、参照として組み込ま
れて、そして、Ａｕｒａ Ｃｅｒａｍｉｃｓから市販で入手可能であり、かつ「
Ｔｈｉｎ Ｌａｙｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｕｎｉｍｏｒｐｈ Ｆｅｒｒｏｅ
ｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｒｉｖｅｒ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ（薄い層の合成物の単一
組成の強誘電性ドライバおよりセンサ）」の米国特許第５、６３２、８４１号に
示され、さらに、その結果、参照として組み込まれている。強誘電性アクチュエ
ータへの電圧の印加は、アクチュエータの面間に電界を生じ、そして、応じて、
アクチュエータの形状が変化する。アクチュエータは、印加された電界の極性に
より、平板化するか、あるいは高められるかのいずれかである。強誘電性アクチ
ュエータのこのタイプは、本質的に、機械的運動の範囲と、それが出力する力の
範囲との間に有利なバランスを示している。印加電圧、周波数、および、強誘電
性アクチュエータのサイズの選択は、生成される運動と力との特定量を決定する
。この強誘電性アクチュエータは、数百パーセントまでのひずみを有することが
可能であり、そして、少なくとも１０ポンドの負荷に耐えることが可能である。
ポンプの作業可能出力は、共通のマニホルドに取り付けられるマルチプル強誘電
性アクチュエータを使用することによって増大されることが可能である。クラム
シェルのようにリムに対してリムが積み重ねられる一対のアクチュエータから2
倍の偏位を得ることが可能である。いくつかのこのようなクラムシェルアセンブ
リは、いっそう大きい偏位が必要とされる場合、カスケードされることが可能で
ある。このような配置は、「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍａｋｉｎｇ Ｍｏｎｏｌ
ｉｔｈｉｃ Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ（モノ
リシックのプレストレスが与えられたセラミック装置を製造する方法）」の米国
特許第５、４７１、７２１号と、「Ｔｈｉｎ Ｌａｙｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
Ｕｎｉｍｏｒｐｈ Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｒｉｖｅｒ ａｎｄ Ｓ
ｅｎｓｏｒ（薄い層の合成物の単一組成の強誘電性ドライバおよりセンサ）」の
米国特許第５、６３２、８４１号とに記述されている。
【００２２】 アクチュエータ駆動電圧は、正弦曲線が好ましいが、どのような波形でも可能
である。正弦曲線駆動電圧の正ハーフサイクルの間、アクチュエータは、互いの
方に移動する。バルブ４４、４６は、開き、そしてバルブ４２、４８は、閉じる
。液体は、セクション３２、３６に流入し、セクション３４から流出する。正弦
曲線駆動電圧の負ハーフサイクルの間、アクチュエータは、互いから離れて移動
する。バルブ４４、４６は、ここでは、閉じて、そして、バルブ４２、４８は、
開く。液体は、セクション３４に流入し、セクション３２、３６から流出する。
ポンピングされる媒体は、入口フローライン５０によって、ポンピングされる媒
体源５４から各室に流動する。１つのポンピングされる媒体供給入口５２は、ポ
ンピングされる媒体源５４に連結されている。各室への入口に位置される室供給
入口５０は、供給入口５２にインターフェースで連結されている。ポンピングさ
れる媒体は、出口フローライン５６によってその室から流出する。供給入口５２
と室入口５０との間に配置される一方向フローバルブ４２、４４は、ポンピング
される媒体を、アクチュエータに応じて各ポンプ室に入ることを可能とし、そし
て、さらに、ポンピングされる媒体の逆流を防止することを可能とする。出口は
、室排出出口５６と、媒体排出出口５８と、一方向フローバルブ４６、４８とを
有する入口に同様に構成されている。図１に示される構成において、室３２、３
６の容量は、減少された状態で示されており、したがって、ポンピングされる媒
体を押出している。バルブ４４は、室３２、３６の容量が減少されるとき、媒体
の逆流を防止し、そして、バルブ４８は、減少された室容量からのフローを流出
することを可能とする。室３４の容量は、増加されるように示され、したがって
、フローを室に導いている。バルブ４２は、ポンピングされる媒体を室３４に入
れることを可能とするために開き、そしてバルブ４６は、ポンピングされる媒体
の逆流を防止するために閉じる。ポンプ室、フローバルブおよびパイプ配列には
多数の可能な構成がある。図１は、ポンプ構成の単なる１つの例示である。単一
の室が使用されることが可能であり、あるいは、３つより多いマルチプル室が使
用されることが可能である。参照として組み込まれている１９８８年 月 日出
願の特許協力条約出願番号第 号の「Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｆｌｕｉｄ
Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖａｌｖｅ（強誘電性流体フローコントロールバ
ルブ）」に記述されるような従来のバルブか、あるいは強誘電性バルブのいずれ
かが使用されることが可能である。さらに、バルブは、あらゆる適切な構成でよ
く、たとえば、入口バルブおよび出口バルブは、室の対向する端部にか、あるい
は室の単一の端部に位置されることが可能である。簡単な単一の室ポンプは、図
２に示され、そのオペレーションは、一般に、上記の３室の議論に従うものであ
る。ポンピングされる媒体は、入口６０で、バルブ６２を通って流入し、そして
出口７０で、バルブ７２を通って流出する。ポンプ室６４は、２つの強誘電性ア
クチュエータ６６によって形成されている。シール６８およびバルブ６２、７２
は、あらゆる適切な構成でよい。オフィリス７４は、可動アクチュエータ６６へ
の背圧を防止するために設けられることが可能である。図３は、さらに、単一の
室の実施形態を示している。とはいえ、この実施形態は、流体バルブ構成７６を
使用しており、それによって、あらゆる可動パーツを回避している。ポート７７
の直径は、バルブ出口７８の直径未満である。容量７９は、円筒形に形成される
。ポンピングされる媒体は、入口７５を通って流入し、次に、ポート７７を通っ
てポンプ室５４に流入する。ポート７７から出口７８の外へのポンピングされた
フローは、フローのエントレインメント（ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ）による速度
ベクトルを有している。このような速度ベクトルおよびフローのエントレインメ
ントは、入口７５には存在しない。
である。正弦曲線駆動電圧の正ハーフサイクルの間、アクチュエータは、互いの
方に移動する。バルブ４４、４６は、開き、そしてバルブ４２、４８は、閉じる
。液体は、セクション３２、３６に流入し、セクション３４から流出する。正弦
曲線駆動電圧の負ハーフサイクルの間、アクチュエータは、互いから離れて移動
する。バルブ４４、４６は、ここでは、閉じて、そして、バルブ４２、４８は、
開く。液体は、セクション３４に流入し、セクション３２、３６から流出する。
ポンピングされる媒体は、入口フローライン５０によって、ポンピングされる媒
体源５４から各室に流動する。１つのポンピングされる媒体供給入口５２は、ポ
ンピングされる媒体源５４に連結されている。各室への入口に位置される室供給
入口５０は、供給入口５２にインターフェースで連結されている。ポンピングさ
れる媒体は、出口フローライン５６によってその室から流出する。供給入口５２
と室入口５０との間に配置される一方向フローバルブ４２、４４は、ポンピング
される媒体を、アクチュエータに応じて各ポンプ室に入ることを可能とし、そし
て、さらに、ポンピングされる媒体の逆流を防止することを可能とする。出口は
、室排出出口５６と、媒体排出出口５８と、一方向フローバルブ４６、４８とを
有する入口に同様に構成されている。図１に示される構成において、室３２、３
６の容量は、減少された状態で示されており、したがって、ポンピングされる媒
体を押出している。バルブ４４は、室３２、３６の容量が減少されるとき、媒体
の逆流を防止し、そして、バルブ４８は、減少された室容量からのフローを流出
することを可能とする。室３４の容量は、増加されるように示され、したがって
、フローを室に導いている。バルブ４２は、ポンピングされる媒体を室３４に入
れることを可能とするために開き、そしてバルブ４６は、ポンピングされる媒体
の逆流を防止するために閉じる。ポンプ室、フローバルブおよびパイプ配列には
多数の可能な構成がある。図１は、ポンプ構成の単なる１つの例示である。単一
の室が使用されることが可能であり、あるいは、３つより多いマルチプル室が使
用されることが可能である。参照として組み込まれている１９８８年 月 日出
願の特許協力条約出願番号第 号の「Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｆｌｕｉｄ
Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖａｌｖｅ（強誘電性流体フローコントロールバ
ルブ）」に記述されるような従来のバルブか、あるいは強誘電性バルブのいずれ
かが使用されることが可能である。さらに、バルブは、あらゆる適切な構成でよ
く、たとえば、入口バルブおよび出口バルブは、室の対向する端部にか、あるい
は室の単一の端部に位置されることが可能である。簡単な単一の室ポンプは、図
２に示され、そのオペレーションは、一般に、上記の３室の議論に従うものであ
る。ポンピングされる媒体は、入口６０で、バルブ６２を通って流入し、そして
出口７０で、バルブ７２を通って流出する。ポンプ室６４は、２つの強誘電性ア
クチュエータ６６によって形成されている。シール６８およびバルブ６２、７２
は、あらゆる適切な構成でよい。オフィリス７４は、可動アクチュエータ６６へ
の背圧を防止するために設けられることが可能である。図３は、さらに、単一の
室の実施形態を示している。とはいえ、この実施形態は、流体バルブ構成７６を
使用しており、それによって、あらゆる可動パーツを回避している。ポート７７
の直径は、バルブ出口７８の直径未満である。容量７９は、円筒形に形成される
。ポンピングされる媒体は、入口７５を通って流入し、次に、ポート７７を通っ
てポンプ室５４に流入する。ポート７７から出口７８の外へのポンピングされた
フローは、フローのエントレインメント（ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ）による速度
ベクトルを有している。このような速度ベクトルおよびフローのエントレインメ
ントは、入口７５には存在しない。
【００２３】 各アクチュエータの変位は、電圧がアクチュエータに供給されるときに生ずる
。この変化する電圧の振幅と周波数とを制御することによって、ポンプ作用およ
びそれによるポンプ流量が制御される。流量は、より大きい精度で、フルフロー
に対して最大フローの数パーセントの範囲以上に調整されることが可能である。
図４は、正弦曲線に変化する電圧波形を供給するための適切な電子ロジックのブ
ロック図である。それは、ポンプオペレーションのために正弦曲線波形状を生成
する波形生成器８０と、アクチュエータによって必要とされるレベルに電圧と電
流とを高める電圧増幅器８２と、波形生成器８０および電圧増幅器８２のために
ｄｃ電圧を供給するｄｃ電源装置８４とで構成されている。この回路は、１Ｈｚ
から２０ｋＨｚの周波数範囲および電流の数百ミリアンペアで、振幅が１０００
ボルトのピーク・ツー・ピークの出力正弦波を供給することが可能である。波形
生成器８０について、数個の抵抗器、コンデンサ、ポテンションメータに加えて
、ＸＲ２２０６などの専用機能生成器集積回路チップは、０ボルトから６ボルト
のピーク・ツー・ピーク振幅および１Ｈｚから２０ｋＨｚの周波数に可変である
所望の正弦曲線波形を生成する。この低レベル正弦波信号は、電圧振幅が２００
倍まで増加することが可能な固定ゲイン電圧増幅器８２に連結されている。１つ
の実用的な増幅器デザインは、単一のｏｐａｍｐの２倍の出力を供給するプッシ
ュプル構成で連結される２つの高電圧作用増幅器を使用している。高電圧ｏｐａ
ｍｐの広範囲な選択は、出力電流の適度のレベルで高電圧出力可能出力にための
回路を調整するか、あるいはより高い出力電流可能出力で出力電圧の適度のレベ
ルを供給するように使用可能である。特定のアクチュエータの実際の必要条件は
、高電圧ｏｐａｍｐの選択を決定する。Ａｐｅｘ Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されて、少数の外部コンポーネント
を有する２つのＡｐｅｘ ＰＡ８９ ｏｐａｍｐｓを使用するプッシュプル回路
の適切な構成は、アクチュエータを駆動するために必要とされる電圧と電流とを
供給するように容易に構成されたものである。ｄｃ電源装置は、波形生成器８０
と増幅器回路８２とにｄｃ電圧を供給する。モジュールによる電源装置は、波形
生成器および増幅器回路とに１２Ｖｄｃを供給する。２つのｄｃからｄｃへのコ
ンバータは、増幅器回路における高電圧ｏｐａｍｐｓによって必要とされる＋５
００Ｖｄｃおよび−５００Ｖｄｃまでに１２Ｖｄｃをステップする。
。この変化する電圧の振幅と周波数とを制御することによって、ポンプ作用およ
びそれによるポンプ流量が制御される。流量は、より大きい精度で、フルフロー
に対して最大フローの数パーセントの範囲以上に調整されることが可能である。
図４は、正弦曲線に変化する電圧波形を供給するための適切な電子ロジックのブ
ロック図である。それは、ポンプオペレーションのために正弦曲線波形状を生成
する波形生成器８０と、アクチュエータによって必要とされるレベルに電圧と電
流とを高める電圧増幅器８２と、波形生成器８０および電圧増幅器８２のために
ｄｃ電圧を供給するｄｃ電源装置８４とで構成されている。この回路は、１Ｈｚ
から２０ｋＨｚの周波数範囲および電流の数百ミリアンペアで、振幅が１０００
ボルトのピーク・ツー・ピークの出力正弦波を供給することが可能である。波形
生成器８０について、数個の抵抗器、コンデンサ、ポテンションメータに加えて
、ＸＲ２２０６などの専用機能生成器集積回路チップは、０ボルトから６ボルト
のピーク・ツー・ピーク振幅および１Ｈｚから２０ｋＨｚの周波数に可変である
所望の正弦曲線波形を生成する。この低レベル正弦波信号は、電圧振幅が２００
倍まで増加することが可能な固定ゲイン電圧増幅器８２に連結されている。１つ
の実用的な増幅器デザインは、単一のｏｐａｍｐの２倍の出力を供給するプッシ
ュプル構成で連結される２つの高電圧作用増幅器を使用している。高電圧ｏｐａ
ｍｐの広範囲な選択は、出力電流の適度のレベルで高電圧出力可能出力にための
回路を調整するか、あるいはより高い出力電流可能出力で出力電圧の適度のレベ
ルを供給するように使用可能である。特定のアクチュエータの実際の必要条件は
、高電圧ｏｐａｍｐの選択を決定する。Ａｐｅｘ Ｍｉｃｒｏｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されて、少数の外部コンポーネント
を有する２つのＡｐｅｘ ＰＡ８９ ｏｐａｍｐｓを使用するプッシュプル回路
の適切な構成は、アクチュエータを駆動するために必要とされる電圧と電流とを
供給するように容易に構成されたものである。ｄｃ電源装置は、波形生成器８０
と増幅器回路８２とにｄｃ電圧を供給する。モジュールによる電源装置は、波形
生成器および増幅器回路とに１２Ｖｄｃを供給する。２つのｄｃからｄｃへのコ
ンバータは、増幅器回路における高電圧ｏｐａｍｐｓによって必要とされる＋５
００Ｖｄｃおよび−５００Ｖｄｃまでに１２Ｖｄｃをステップする。
【００２４】 固定６０Ｈｚ周波数で正弦曲線のように変化する電圧を供給するための別の適
切な電子回路が、図５に示されている。それは、出力が標準１１７Ｖａｃの壁出
口に連結される可変変圧器９０で構成されている。可変変圧器９０の出力は、オ
ペレータの安全のために１：１巻数比分離変圧器９２に連結されている。変圧器
９２の出力は、電源装置の残りの２つのセクションに連結されている。１つのセ
クションは、電子回路出力で正ｄｃバイアスを供給するためにフィルタコンデン
サ９６を含む全波ブリッジ整流器９４である。もう１つのセクションは、アクチ
ュエータによって必要とされるより高い電圧レベルを供給するための電圧ステッ
プアップ変圧器９８である。ステップアップ変圧器９８の出力は、正ｄｃバイア
ス電圧と直列に連結されている。電圧ステップアップ変圧器９８の適切な選択に
よって、そして、可変変圧器９０コントロールの調整によって、この回路の出力
電圧は、０ボルトから１０００ボルトのピーク・ツー・ピーク振幅を供給するこ
とが可能である。正ｄｃバイアスのため、典型的な最大出力電圧は、＋６００ボ
ルトピークと−４００ボルトピークである。負電圧よりも正電圧のより高いレベ
ルに応じることはアクチュエータの固有の特性である。したがって、生ずるアク
チュエータの最大変位のため、正ｄｃバイアスが使用されている。
切な電子回路が、図５に示されている。それは、出力が標準１１７Ｖａｃの壁出
口に連結される可変変圧器９０で構成されている。可変変圧器９０の出力は、オ
ペレータの安全のために１：１巻数比分離変圧器９２に連結されている。変圧器
９２の出力は、電源装置の残りの２つのセクションに連結されている。１つのセ
クションは、電子回路出力で正ｄｃバイアスを供給するためにフィルタコンデン
サ９６を含む全波ブリッジ整流器９４である。もう１つのセクションは、アクチ
ュエータによって必要とされるより高い電圧レベルを供給するための電圧ステッ
プアップ変圧器９８である。ステップアップ変圧器９８の出力は、正ｄｃバイア
ス電圧と直列に連結されている。電圧ステップアップ変圧器９８の適切な選択に
よって、そして、可変変圧器９０コントロールの調整によって、この回路の出力
電圧は、０ボルトから１０００ボルトのピーク・ツー・ピーク振幅を供給するこ
とが可能である。正ｄｃバイアスのため、典型的な最大出力電圧は、＋６００ボ
ルトピークと−４００ボルトピークである。負電圧よりも正電圧のより高いレベ
ルに応じることはアクチュエータの固有の特性である。したがって、生ずるアク
チュエータの最大変位のため、正ｄｃバイアスが使用されている。
【００２５】 アクチュエータは、取り付け構成がポンピングされる媒体から各アクチュエー
タを分離し、各アクチュエータに印加される電圧のための通路を供給し、そして
、各アクチュエータの確実動作閉じ込めを与え、同時に、印加された電圧に応じ
て各アクチュエータの全体の変位を可能とするように取り付けられている。図６
は、ハウジングとポンプ室との１つの実施形態の分解図である。不導体ポンプハ
ウジング１００は、３つのポンプ室１０２、１０４、１０６を囲んでいる。壁ア
センブリは、各室間の仕切りを形成する。各壁は、２つの不導体封印ガスケット
１０８と、２つの絶縁物１１０と、２つの電気接点リング１１２と、アクチュエ
ータスペーサ１１４と、アクチュエータ１１６とによって形成されている。スペ
ーサ１１４は、アクチュエータ１１６と同じ厚さを有することが好ましい。アク
チュエータ１１６は、アクチュエータ１１６の周辺がスペーサの内側周辺と隣接
するようにスペーサ１１４内に配置されている。電気接点リング１１２は、スペ
ーサ１１２の各側に隣接して配置され、そして、アクチュエータ１１６に電圧接
点を供給する。絶縁物１１０は、各接点リング１１２の外側表面に隣接して、か
つアクチュエータ１１６と同軸に配置されている。絶縁物１１０は、ポンピング
される媒体と融和性であり、たとえば、ラテックスのようにある程度の弾性を有
している。ケイ素流体などの不導体流体が、絶縁物１１０とアクチュエータ１１
６との間に使用されている。その流体は、他の材料と化学的に安定性であり、そ
して、絶縁物１１０とアクチュエータ１１６とを一緒に保持するのに適切な粘性
を有している。これは、エアポケットを削減し、効率および可能出力を増大させ
る。接点リング１１２穴と同軸の穴を有する封印ガスケット１０８は、各絶縁物
１１０に隣接して配置されている。封印ガスケット１１０は、ゴムなどの不導体
材料から作られている。壁アセンブリは、止めねじなどの固定手段によってハウ
ジングのセクション間に閉じ込められている。必要とされる固定力は、適切にア
センブリを維持するのに必要な最低力である。プレストレスは必要とされない。
タを分離し、各アクチュエータに印加される電圧のための通路を供給し、そして
、各アクチュエータの確実動作閉じ込めを与え、同時に、印加された電圧に応じ
て各アクチュエータの全体の変位を可能とするように取り付けられている。図６
は、ハウジングとポンプ室との１つの実施形態の分解図である。不導体ポンプハ
ウジング１００は、３つのポンプ室１０２、１０４、１０６を囲んでいる。壁ア
センブリは、各室間の仕切りを形成する。各壁は、２つの不導体封印ガスケット
１０８と、２つの絶縁物１１０と、２つの電気接点リング１１２と、アクチュエ
ータスペーサ１１４と、アクチュエータ１１６とによって形成されている。スペ
ーサ１１４は、アクチュエータ１１６と同じ厚さを有することが好ましい。アク
チュエータ１１６は、アクチュエータ１１６の周辺がスペーサの内側周辺と隣接
するようにスペーサ１１４内に配置されている。電気接点リング１１２は、スペ
ーサ１１２の各側に隣接して配置され、そして、アクチュエータ１１６に電圧接
点を供給する。絶縁物１１０は、各接点リング１１２の外側表面に隣接して、か
つアクチュエータ１１６と同軸に配置されている。絶縁物１１０は、ポンピング
される媒体と融和性であり、たとえば、ラテックスのようにある程度の弾性を有
している。ケイ素流体などの不導体流体が、絶縁物１１０とアクチュエータ１１
６との間に使用されている。その流体は、他の材料と化学的に安定性であり、そ
して、絶縁物１１０とアクチュエータ１１６とを一緒に保持するのに適切な粘性
を有している。これは、エアポケットを削減し、効率および可能出力を増大させ
る。接点リング１１２穴と同軸の穴を有する封印ガスケット１０８は、各絶縁物
１１０に隣接して配置されている。封印ガスケット１１０は、ゴムなどの不導体
材料から作られている。壁アセンブリは、止めねじなどの固定手段によってハウ
ジングのセクション間に閉じ込められている。必要とされる固定力は、適切にア
センブリを維持するのに必要な最低力である。プレストレスは必要とされない。
【００２６】 デザインは、アクチュエータの特定の数、厚さ、サイズなどに制約されるもの
ではない。各特定の適用は、たとえば、アクチュエータの変位およびアクチュエ
ータの力の可能出力の量などのコンポーネントのパラメータを構成するように考
慮されるべきである。
ではない。各特定の適用は、たとえば、アクチュエータの変位およびアクチュエ
ータの力の可能出力の量などのコンポーネントのパラメータを構成するように考
慮されるべきである。
【００２７】 電圧線１１８は、ハウジング１００内の穿孔された穴によってハウジング内に
配置されている。その線１１８は、ハウジング１００内に配置される止めねじス
プリング１２０に接触している。止めねじ１２０は、電気接点リング１１２に接
触し、そのリング１１２に印加された電圧を供給する。接点リング１１２は、ス
ペーサとアクチュエータとの両方の部分をオーバーラップしている。図７に示さ
れるように、接点リング１１２は、アルミホイルなどの電気導体であるアクチュ
エータをオーバーラップしている部分１３０を持つ。アクチュエータと接触した
状態になっているリングの外側部分１３２は、止めねじスプリングに接触してい
る導体部分１３４を有する不導体材料である。マスキングテープは、適切な不導
体材料の１つの例示である。円形のアクチュエータおよび関連した円形の取り付
けコンポーネントは好ましいが、他の形状が使用されることが可能である。
配置されている。その線１１８は、ハウジング１００内に配置される止めねじス
プリング１２０に接触している。止めねじ１２０は、電気接点リング１１２に接
触し、そのリング１１２に印加された電圧を供給する。接点リング１１２は、ス
ペーサとアクチュエータとの両方の部分をオーバーラップしている。図７に示さ
れるように、接点リング１１２は、アルミホイルなどの電気導体であるアクチュ
エータをオーバーラップしている部分１３０を持つ。アクチュエータと接触した
状態になっているリングの外側部分１３２は、止めねじスプリングに接触してい
る導体部分１３４を有する不導体材料である。マスキングテープは、適切な不導
体材料の１つの例示である。円形のアクチュエータおよび関連した円形の取り付
けコンポーネントは好ましいが、他の形状が使用されることが可能である。
【００２８】 アクチュエータに印加される正電圧レベルおよび負電圧レベルは、アクチュエ
ータの厚さ、過剰電圧により生じるアーク放電により変化する。
ータの厚さ、過剰電圧により生じるアーク放電により変化する。
【００２９】 ポンプの効率および可能出力は、高周波数応答が可能なバルブを使用すること
によって改善されることが可能である。流体フロー可能出力は、参照として組み
込まれている１９９８年４月出願の特許協力条約出願第 号の「Ｆｅｒｒｏｅｌ
ｅｃｔｒｉｃ Ｆｌｕｉｄ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖａｌｖｅ（強誘電正
流体フローコントロールバルブ）」に記述されるなどの強誘電性バルブが、使用
される場合、数倍も良い。
によって改善されることが可能である。流体フロー可能出力は、参照として組み
込まれている１９９８年４月出願の特許協力条約出願第 号の「Ｆｅｒｒｏｅｌ
ｅｃｔｒｉｃ Ｆｌｕｉｄ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖａｌｖｅ（強誘電正
流体フローコントロールバルブ）」に記述されるなどの強誘電性バルブが、使用
される場合、数倍も良い。
【００３０】 従来の変位ポンプと比べると、本ポンプは、機械的可動パーツがないために信
頼性および低コストを改善した。本ポンプは、さらに、従来のポンプにまさる効
率を改善した。銅巻線と関連した熱損失および既存の装置によってこうむるうず
電流からの磁気損失が全くない。さらに、マルチプル圧電ディスクの結合／アセ
ンブリがないために、既存の圧電ポンプに対して、信頼性、低コスト、複雑性の
少なさ、サイズの小型化などが改善されている。同一の力および変位は、圧電デ
ィスクのアセンブリでのみ現在可能であるほどに得られることが可能である。さ
らに、取り付け構成が、印加された電圧に応じて、各アクチュエータの全体の変
位を可能とする。
頼性および低コストを改善した。本ポンプは、さらに、従来のポンプにまさる効
率を改善した。銅巻線と関連した熱損失および既存の装置によってこうむるうず
電流からの磁気損失が全くない。さらに、マルチプル圧電ディスクの結合／アセ
ンブリがないために、既存の圧電ポンプに対して、信頼性、低コスト、複雑性の
少なさ、サイズの小型化などが改善されている。同一の力および変位は、圧電デ
ィスクのアセンブリでのみ現在可能であるほどに得られることが可能である。さ
らに、取り付け構成が、印加された電圧に応じて、各アクチュエータの全体の変
位を可能とする。
【００３１】 明らかに、本発明の多数の追加の修正および変形が、上記の説明に鑑みて可能
である。したがって、添付の特許請求の範囲内で、本発明は特にここに記述され
ているよりも別の方法で実施されることができることは理解される。
である。したがって、添付の特許請求の範囲内で、本発明は特にここに記述され
ているよりも別の方法で実施されることができることは理解される。
【図１】 ３つのポンプ室を有するポンプの実施形態のダイアグラムである。
【図２】 バルブを有する単一室ポンプである。
【図３】 流体バルブを有する単一室ポンプである。
【図４】 正弦曲線のように変化する電圧波形を供給するための適切な電子回路構成を示
すダイアグラムである。
すダイアグラムである。
【図５】 固定周波数で正弦曲線のように変化する電圧波形を供給するための適切な電子
回路構成を示すダイアグラムである。
回路構成を示すダイアグラムである。
【図６】 強誘電製アクチュエータ取り付けの分解図である。
【図７】 電気接点リングである。
───────────────────────────────────────────────────── 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，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ロールバツハ，ウエイン・ウイリアム アメリカ合衆国、バージニア・23692、ヨ ークタウン、ハーテイス・グローブ・レイ ン・204 Ｆターム(参考） 3H077 AA01 AA11 CC02 CC09 CC18 DD05 EE02 EE34 EE36 EE37 FF07 FF09 FF12 FF22 FF33
Claims (14)
- 【請求項１】 強誘電性ポンプであって、 ポンプハウジングと、 前記ハウジングの内側の１つ以上の可変容量ポンプ室であって、各前記室が、
湾曲を有するドーム形状の内側にプレストレスが与えられた強誘電性アクチュエ
ータを備える少なくとも１つの壁を有し、前記ドーム形状のアクチュエータが、
リムと、頂部と、前記ドーム形状のアクチュエータの内側表面と外側表面との間
に印加される電圧により変化する前記リムを通る平面化から前記頂部により規定
されるドーム高さとを有する前記ハウジングの内側の１つ以上の可変容量ポンプ
室と、 ポンピングされる媒体が、前記アクチュエータの変位に応じて、各前記ポンプ
室に流入する入口手段と、 前記ポンピングされる媒体が、前記アクチュエータの変位に応じて、各前記ポ
ンプ室から流出する出口手段と、 前記ポンピングされる媒体から各前記アクチュエータを分離し、各前記アクチ
ュエータに印加される前記電圧のための通路を供給し、そして、各前記アクチュ
エータの閉じ込めを与え、同時に、前記電圧に応じて各前記アクチュエータの全
体の変位を可能とする各前記壁内に各前記アクチュエータを取り付けるための取
り付け手段と、 前記アクチュエータに電圧を供給するための電圧手段と、 を備えている強誘電性ポンプ。 - 【請求項２】 前記入口手段が、 ポンピングされる媒体源に連結される少なくとも１つのポンピングされる媒体
供給入り口と、 各前記室の室供給入口と、 前記ポンピングされる媒体供給入口と各前記室供給入口との間に挿入される一
方向バルブ手段であって、前記ポンピングされる媒体が、各前記アクチュエータ
の前記変位に応じて、各前記ポンプ室に流入し、もって前記ポンピングされる媒
体の好ましくない逆流が防止される前記ポンピングされる媒体供給入口と各前記
質供給入口との間に挿入される一方向バルブ手段と、 を備えている請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 前記出口手段が、 各前記室の室排出出口と、 少なくとも１つのポンピングされる媒体排出出口と、 各前記室排出出口と前記ポンピングされる媒体排出出口との間に挿入される一
方向バルブ手段であって、前記ポンピングされる媒体が、各前記アクチュエータ
の前記変位に応じて、各前記ポンプ室から流出し、もって前記ポンピングされる
媒体の好ましくない逆流が防止される各前記室排出出口と前記ポンピングされる
媒体排出出口との間に挿入される一方向バルブ手段と、 を備えている請求項１に記載の装置。 - 【請求項４】 前記取り付け手段が、 第１の平面表面と第２の平面表面とを有し、かつ前記アクチュエータの外側境
界が開口境界と隣接するように前記アクチュエータが配置される中央開口を有す
るスペーサと、 ２つの電気接点層であって、各接点層が中央開口を有し、第１の前記接点層が
、前記第１のスペーサ平面表面の部分に隣接して配置され、第２の前記接点層が
、前記第２のスペーサ平面表面の部分に隣接して配置され、前記アクチュエータ
に電圧接点を供給する２つの電気接点層と、 ２つの絶縁物であって、各前記絶縁物が、第１の平面表面と第２の平面表面と
を有し、第1の前記第１の絶縁物平面表面が、第１の前記接点層の外側表面部と
中心を合わせるように隣接して配置され、かつ、前記アクチュエータの中心に配
置され、第１の前記第１の絶縁物平面表面が第２の前記接点層の外側表面部と中
心を合わせるように隣接して配置され、かつ、前記アクチュエータの中心に配置
された２つの絶縁物と、 前記アクチュエータと各前記絶縁物の間に配された、適切な粘性を有して前記
絶縁物と前記アクチュエータとを一緒に保持する不導体流体と、 ２つの不導体封印ガスケットであって、各ガスケットが、前記対応する接点層
開口の中心に配置され、かつ、前記絶縁物の各前記対応する第２の平面表面に隣
接して配置される中央開口を有する２つの不導体封印ガスケットと、 前記スペーサと、前記接点層と、前記絶縁物と、前記ガスケットとを前記ハウ
ジングに固定するための固定手段と、 を備えている請求項１に記載の装置。 - 【請求項５】 強誘電性ポンプであって、 ポンプハウジングと、 前記ハウジングの内側の１つ以上の可変容量ポンプ室であって、各前記室が、
湾曲を有するドーム形状の内側にプレストレスが与えられた強誘電性アクチュエ
ータを備える少なくとも１つの壁を有し、前記ドーム形状のアクチュエータが、
リムと頂部と、そして、前記ドーム形状のアクチュエータの内側表面と外側表面
との間に印加される電圧により変化する前記リムを通る平面化から前記頂部によ
り規定されるドーム高さを有する前記ハウジングの内側の１つ以上の可変容量ポ
ンプ室と、 ポンピングされる媒体が、前記アクチュエータの変位に応じて、各前記ポンプ
室に流入し、流出する流体バルブ手段と、 前記ポンピングされる媒体から各前記アクチュエータを分離し、各前記アクチ
ュエータに印加される前記電圧のための通路を供給し、そして、各前記アクチュ
エータの閉じ込めを与え、同時に、前記電圧に応じて各前記アクチュエータの全
体の変位を可能とする各前記壁内に各前記アクチュエータを取り付けるための取
り付け手段と、 前記アクチュエータに電圧を供給するための電圧手段と、 を備えている強誘電性ポンプ。 - 【請求項６】 強誘電性アクチュエータを取り付ける方法であって、 第１の平面表面と第２の平面表面とを有し、かつ前記アクチュエータの外側境
界が開口境界と隣接する中央開口を有するスペーサ内に前記アクチュエータを配
置するステップと、 ２つの電気接点層であって、各接点層が中央開口を有し、第１の前記接点層が
、前記第１のスペーサ平面表面の部分に隣接して配置され、第２の前記接点層が
、前記第２のスペーサ平面表面の部分に隣接して配置され、前記アクチュエータ
に電圧接点を供給する２つの電気接点層を配置するステップと、 ２つの絶縁物であって、各前記絶縁物が、第１の平面表面と第２の平面表面と
を有し、第１の前記第１の絶縁物平面表面が、第１の前記接点層の外側表面の部
分と中心を合わせるように隣接して配置され、かつ、前記アクチュエータの中心
に配置され、第１の前記第１の絶縁物平面表面が第２の前記接点層の外側表面の
部分と中心を合わせるように隣接して配置され、かつ、前記アクチュエータの中
心に配置されている２つの絶縁物を配置するステップと、 前記アクチュエータと各前記絶縁物との間に、適正な粘性を有して前記絶縁物
と前記アクチュエータとをいっしょに保持する不導体流体を置くステップと、 ２つの不導体封印ガスケットであって、各前記ガスケットが、前記対応する接
点層開口の中心に配置され、、かつ、前記絶縁物の各前記対応する第２の平面表
面に隣接して配置される中央開口を有する２つの不導体封印ガスケットを配置す
るステップと、 前記スペーサと、前記接点層と、前記絶縁物と、前記ガスケットとを前記ハウ
ジングに固定するための固定手段を供給するステップと、 を備えている方法。 - 【請求項７】 強誘電性アクチュエータのためのマウントであって、 第１の平面表面と第２の平面表面とを有し、かつ前記アクチュエータの外側境
界が開口境界と隣接するように前記アクチュエータが配置される中央開口を有す
るスペーサと、 ２つの電気接点層であって、各接点層が中央開口を有し、第１の前記接点層が
、前記第１のスペーサ平面表面の部分に隣接して配置され、第２の前記接点層が
、前記第２のスペーサ平面表面の部分に隣接して配置され、前記アクチュエータ
に電圧接点を供給する２つの電気接点層と、 ２つの絶縁物であって、各前記絶縁物が、第１の平面表面と第２の平面表面と
を有し、第１の前記第１の絶縁物平面表面が第１の前記接点層の外側表面の部分
と中心を合わせるように隣接して配置され、かつ、前記アクチュエータの中心に
配置され、第１の前記第１の絶縁物平面表面が第２の前記接点層野外側表面の部
分と中心を合わせるように隣接して配置され、かつ、前記アクチュエータの中心
に配置されている２つの絶縁物と、 前記アクチュエータと各前記絶縁物との間の、適正な粘性を有して前記絶縁物
と前記アクチュエータとを一緒に保持する不導体流体と、 ２つの不導体封印ガスケットであって、各ガスケットが、前記対応する接点層
開口の中心に置かれる中央開口を有し、そして、前記絶縁物の各前記対応する第
２の平面表面に隣接して配置される２つの不導体封印ガスケットと、 前記スペーサと、前記接点層と、前記絶縁物と、前記ガスケットとを前記ハウ
ジングに固定するための固定手段と、 を備えているマウント。 - 【請求項８】 前記電圧手段が、 前記ポンプオペレーションのために波形を生成する波形生成器と、 前記波形生成器電圧と電流とを前記アクチュエータによって必要とされるレベ
ルに高める電圧増幅器と、 前記波形生成器と前記電圧増幅器とにｄｃ電圧を供給するｄｃ電源装置と、 を備えている請求項１に記載の装置。 - 【請求項９】 前記電圧手段が、 可変変圧器と、 前記可変変圧器に連結される分離変圧器と、 前記分離変圧器に連結される全波ブリッジ整流器と、 前記分離変圧器に連結されるステップアップ変圧器と、 を備え、 前記全波ブリッジ整流器および前記ステップアップ変圧器が直列に連結されてい
る請求項１に記載の装置。 - 【請求項１０】 前記ポンプ媒体が液体である請求項１に記載の装置。
- 【請求項１１】 前記ポンプ媒体が気体である請求項１に記載の装置。
- 【請求項１２】 前記バルブ手段が、湾曲を有するドーム形状の内側にプレ
ストレスが与えられた強誘電性アクチュエータを備える強誘電性コントロールバ
ルブであり、前記ドーム形状のアクチュエータが、リムと、頂部と、前記ドーム
形状のアクチュエータの内側表面と外側表面との間に印加される電圧により変化
する前記リムを通る平面化から前記頂部により規定されるドーム高さとを有する
請求項２に記載の装置。 - 【請求項１３】 前記バルブ手段が、湾曲を有するドーム形状の内側にプレ
ストレスが与えられた強誘電性アクチュエータを備える強誘電性コントロールバ
ルブであり、前記ドーム形状のアクチュエータが、リムと、頂部と、前記ドーム
形状のアクチュエータの内側表面と外側表面との間に印加される電圧により変化
する前記リムを通る平面化から前記頂部により規定されるドーム高さとを有する
請求項３に記載の装置。 - 【請求項１４】 前記電圧手段が、 前記ハウジング内に配置される電圧鉛と、 前記電圧鉛によって接触される止めねじであって、前記スプリングが、前記取
り付け手段と接触する前記電圧鉛によって接触される止めねじと、 を備えている請求項１に記載の装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/US1998/026389 WO2000036302A1 (en) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | Ferroelectric pump |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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| CN (1) | CN1338031A (ja) |
| AU (1) | AU2199599A (ja) |
| CA (1) | CA2354076A1 (ja) |
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