JP2006315647A - 可撓性圧電面／波動圧電面／波動推進器／波動推進移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の航空機の多くは、推進用のエンジン、プロペラ、連結用のシャフト等の重量物や、自体が使用する燃料を運ぶためにも、大きなエネルギ−を消費している。一方、地球温暖化ガス対策も国際的に懸命に行なわれ、京都議定書の履行は責務である。この中で、成層圏におけるＣＯ_２の排出量増加は大きな問題であり、削減は急務である。
【解決手段】
本発明は従来のエンジンやモ−タ−、伝達機構等を不要とするものであり、
▲１▼ 圧電体の応用により、翼面自体を屈曲可能な［波動圧電膜／波動圧電面］とする。
▲２▼ 同膜面を相補形として推力を増加させ、滑空体に装着し、自力飛行を可能とする。
▲３▼ 多重波動圧電面として吹き出す翼上面層流をつくり、垂直離着陸を可能とする。
他の要品は太陽電池と２次電池、圧電面駆動の電子回路であり、軽量で高高度での飛行が可能であり大型機の製作ができる。偏西風を利用しての、大量輸送が可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高分子材料で圧電特性を有する可撓性物質の応用の一環であり、これを薄板または、膜面として用い、流体の移動や、移動体の推進に適用する変換器に関する。

従来のジェット機用エンジン、飛行機のプロペラ、ヘリコプターのローター等、また、船舶用のスクリューや水車、多種の風車や送風器等も殆どが回転式の変換器である。
古くからは櫓や櫂があり、一部には翼扇可動方式や、吸入射出形のポンプ方式等がある特例として海水専用の場合には、その導電性を利用した電磁誘導による推進方式がある。

従来のこれらの変換器においては、その殆どが動力源のエンジンやモータと、動力伝達のシャフトと、推進用のプロペラの羽根とは、必要不可欠のものとなっている。
高い高度での省資源飛行には当然軽量化が必要であり、その飛行機の、エンジン自体の重量や伝達機構、回転翼自体の重量等、いずれも軽量化が大きな問題である。
特開２００４−２７６６１４ 公報 （軽量移動体） 特開平 １１−１２４０９５ ： （高空滑空体） 「航空力学の基礎」産業図書発行 １９８７ 牧野 光雄 著 「飛行力学」（第３版）養賢堂 発行 １９９３ 前田 弘 著

一方上記の［特許文献１］に開示された非常に高い高度用の空気より軽量のビークルは液晶重合体繊維層の両側に配置されたＰＶＤＦの層を有し、軽量で大きな強度を有する。このＰＶＤＦ高分子誘電体膜面の製造方法や応用加工等については、次の背景技術がある
特公昭 ４４ー１１６５６ 公報 （ＰＶＤＦ製造方法） 特開昭 ５４−１５４３８３ ： （ＰＶＤＦ電極蒸着） 特開昭 ５６ー１３２５３３ ： （ＰＶＤＦ折曲加工） 特願平 １７ （４月１８日、同一出願人出願）（関連要点出願） 「アドバンスト センサハンドブック」 高橋 清 共編 §６．６．４圧電性高分子薄膜（培風館 発行 １９９４） 佐々木昭夫 ・・

「ＰＶＤＦ Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ ｆｏｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ」（ＴＨＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ｏｆ ｔｈｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ）（ＡＳＡ Ｖｏｌ．６４，Ｓｕｐｐｌｉｍｅｎｔ Ｎｏ．１，ｓ ５６． Ｆａｌｌ １９７８）

現在の航空機の多くは、それ自体の推進用エンジン、プロペラ、それらを連結するためのシャフト、離着陸のみにしか用いない高速タイヤ、その飛行のための燃料等、これらを運ぶためにも大きなエネルギーを消費している。これらは、航空機共通の問題である。

近年の地球規模での気象変化や災害の増加は大気汚染が大きな要因であり、温暖化ガス対策も国際的に懸命に行なわれている。この中で、成層圏における航空輸送の増加、ＣＯ_２排出量の増大も大きな問題である。これらの削減は大きな課題であり、急務である。

本発明は従来のエンジンやモーター、伝達機構等の大部分を不要とするものであり、
（１）圧電体の応用により、翼面自体を屈曲推進可能な［波動圧電面］とする。同応用で、
（２）滑空体、気球等に［波動圧電面／推進器］を装着し、その推力で、自力飛行をする。
（３）翼面前縁に［波動圧電面／推進器］を装着し、その吹き出し層流により揚力を得る。
（４）波動推進面／推進器以外の翼上面を、太陽電池として［波動推進の動力源］とする。
他、所要の２次電池と電子回路を装着し［自己完結の飛行］を可能とするものであり、ここでは、先願「特許文献６」に記載の、単一面の場合等についての細部に関連する。

強誘電体の中にはチタン酸鉛等の焼結性で、圧電／焦電特性を有するものがあり、また、高分子誘電体の中にもＰＶＤＦ等、同様の特性を有し、膜面加工の容易なものがある。
図２はＰＶＤＦ（ポリフッカビニリデン）を用いた、音響／電気変換器の説明図である。図２（ａ）に示されたＰＶＤＦ膜面１と、アーチ状のカーブを有する湾曲枠４の大きさは、１ｃｍ^２の有効面積を想定して作られた基本枠であり、厚さ２０μｍの膜の両面には、Ｎｉ−Ｃｒの薄膜電極を蒸着し、膜の前面は枠を介して筐体に取り付けられており、共通ア−スに接続され、膜の後面から信号を取り出す構造となっている。
スピーカとして使用する場合には、図２（ｂ）の増幅器（Ａｍｐ．）を逆向きに切り換え、ＰＶＤＦの膜面を増幅器の出力により駆動する。
アーチカーブの半径が２ｃｍの場合、共振周波数は約１１ｋＨｚとなり、音圧に対する出力電圧は０．４×１０^−１Ｖ／ｈＰａである。 入出力の音圧と電圧には可逆性がある。
前記［非特許文献５］に、音声入力に対する電気的出力の理論式、実際のマイクロホンとしての音圧感度、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚにわたる周波数特性の実測データについての報告がある。
この共振点における感度は周波数に対して変動はするが、ピーク値における最高感度は

電流損失は発生するが、大部分は音響出力と僅かの風損である。

基本枠の大型化のため、この外形を相似的に１００倍に拡大し、膜の面積を１ｍ^２、アーチカーブの半径を２ｍとした場合、膜厚は２ｍｍとなり、感度としての出力電圧は４Ｖ／ｈＰａとなる。図３（ａ）は湾曲枠体４に張架された振動膜の上限、（ｂ）は同下限の斜視図である。
同図（ｃ）は、その張架した横方向の中央部の振幅であり、共振点は約１１０Ｈｚとなる。
同図における記号→（ ）内の数字は、後述の実装算定の数字を示す。
この場合の音圧出力はＰＶＤＦ１に加えた電圧による同膜面の伸縮によるもので、これに２００Ｖの交流電圧を加えれば５０ｈＰａの音圧出力が得られることとなる。
前述の通り、一般の音響変換器の変換効率は数％程度であるが、共振点近傍で変換すれば効率は向上し、この音圧の圧力差は十分利用できる気圧差となる。ただし、この音響出力も大きな騒音ともなるが、後述

のとおり相殺方式を利用した変換で、ほぼ完全な対処ができる。

音圧→気流変換の手法として、この大型湾曲枠に張架した膜面をトンネル状に縦一列に並べ（図４（ａ））、膜面を順次収縮するよう多相交流電圧（図４（ｂ）に示す６相）を加えれば圧電膜は同図（ａ）の▲３▼、▲４▼、▲５▼の様に収縮し、膜面の中央部は順次、同図（ｃ）の様に上下する。それ故、この上下運動の絞りの移動する方向へ膜内の空気は移動し排出され、その対極側から新たな空気は吸入され、１連の流れとなる。
この吸入排出の移動速度は、膜面に加はる多相交流の走査速度と、それに対するトンネル状流路の形状寸法等から求められる流体抵抗により決まる。膜面を含むその理論式から見て、流路幅は極力広く、長さは、より短くする必要がある。
ここで湾曲枠を取り外せば膜面は張架のみとなる。図１（ａ）に示すようにダクト形状の側面支柱に張架し、若干の張力を加えれば平面張架としての固有振動を持つ。これを電極ごとに分割すれば、個々の素子は弦振動に近い固有振動を持つ。（後述

）

流路拡大の方法としてはアーチ半径を３ｍ、弦長を１．５ｍとすれば流路の断面積は２倍強となる。流路長は、上記の圧電膜の中央の最も有効な部分の約１／４を残し、他３／４は全て枠ごと省略し、全長を約１．５ｍになるよう短縮する。この流路膜内の圧力を若干高くして上記同様の多相交流による駆動走査を行えば、膜面は図５（ａ）〜（ｄ）のように波動状態となる
この内圧状態はパラグライダ−やバル−ンのように常に内面からの圧力が加わる場合で、実用面で多々あり、そののまま上記の波動走査が可能となる。（細部

）

以下は、最大出力が得られる共振点近傍において、圧電面の伸縮を効率よく振幅運動に変換し、一連の振動子への振動の伝達を波動に変換し、その波動を２面の相補形、更には４面の協働動作形として流体の移動に変換し、出力の増大を追求したものである。
代表図の、図１（ａ）〜（ｃ）にその実施例を、図１１以降にその応用例を示す。

本発明の波動圧電膜／面は、グライダーやパラグライダーの翼面に、そのまま翼面材として適用することができ、自力飛行を可能とする。
また、気球や飛行船等の内圧表面を当初から波動圧電面により構成し（または、図１（ａ）の表裏２面式を要所に装着し）駆動を行えば、能動的な操縦を行うことができる（後述）。
相補協働形波動推進器はより強い推力を持っており、この装着により従来の軽飛行機やヘリコプターの役割を、また、スピードを競わない航空輸送、農林漁業での上空からの監視や役務、遊覧用の航空機用等として、騒音も少なく排ガスもなく、目的を遂行できる。

波動圧電面／波動推進器を、図１１（ｂ）のように横並びに併設し、順次拡張して航空機の翼上面を推進器の層流でカバ−すように装着することにより、その翼面の揚力は面積に比例して大きくなる。これは後述の単一圧電面としても同様であるが、翼面推進形の軽量な飛翔膜形航空機は翼長を長くして翼面を広くするほど大きな揚力が得られ、太陽電池装着の余裕も増大し、圧電面に可撓性の薄膜形太陽電池を接着することができる。
これに軽量の枠機構体と、所要の２次電池、駆動用電子回路を搭載すれば、翼面荷重は比較的小さく、空気の希薄な高高度においても容易に大型機を実現することができる。
図１１（ｃ）はその応用例であり、これにより高層偏西風の利用［特許文献２］で問題とされる「風速が遅い場合」の問題を克服することができ、成層圏における長期滞空を実現することができる。

これらの構成上の大幅な簡略化と軽量化は、大型機での成層圏飛行を容易にするものであり、南半球または北半球のジェット気流の利用が可能となる。この偏西風に乗る東回りの特定ル−トでは、現在の空輸に近い速さでの航空輸送を可能にする。
即ち、地上と上空を往復する偏西風利用の昇降機、偏西風を利用した上空の乗り換え用ホーム、これと偏西風ルート上の要所を巡る波動推進の大型機、この機構の構築ができる。
これらは、従来機のように燃料を消費することなく、大きな騒音を発することもなく、また、広い空港を要することもなく、大きな輸送の役割を果たすことが出来るであろう。

更に本器の利用は高層における風力や太陽エネルギーの開発利用の道を開くものであり高空における太陽光発電や偏西風による風力発電の基地として、また通信や交通等の監視、観測、展望観光等々の基地として、新たな分野としての開拓が可能となる。
この高層偏西風による発電基地としての応用開発は、未着手の新たなエネルギーを生み出すものであり、常時晴天の成層圏での太陽光発電は地上よりも遥かに効率がよく、日照の少ない冬期は偏西風の強い時期であり風力発電の好期である。太陽光発電と風力発電の設備を搭載した［特許文献２］の当該機は、春夏秋冬を通して効率よい発電が可能となる。
これらは、従来のエンジンおよぴプロペラに代わる軽量な推進変換器を提供するものではあるが、その総合効果は、現在われわれが直面しているエネルギ−問題、大量輸送の問題、地球温暖化ガスの問題において、ＣＯ_２排出ガスの削減に大きく貢献するものである。

湾曲枠での張架に代わる方法としては、逆方向からの圧電面の湾曲懸架が考えられる。図６（ａ）は、電極を１２個とした場合の圧電面で、この２面を並行に張架したものである。
これらの圧電面を相互に吊り天井のように懸架すれば、これらは図６（ｂ）の圧電面１−１および１−２のように互いに背反する１対の湾曲面となる。この並行張架と相互懸架のために補助ネットを用い、相互懸架用の懸架線７、および電極横断の連携運動を円滑にするための数本の連携線８を設け（左右から張架した補助ネット３を横断する連携線に）懸架線７を両面が僅かに湾曲するよう、双方背反の弧状（図３（ｃ）の中央を参考）に懸架する。
ここで、第１の圧電面１−１と第２の圧電面１−２とは、分極の極性を逆にしておく。これにより第１の圧電面が伸長するときは第２の圧電面が収縮し、逆に、第１の圧電面が収縮すれば第２の圧電面は伸長する。図６（ｃ）（ｄ）（ｅ）は、その背反運動の動作状態を示す。
１２個の各電極に順次各電極の位置に対応する多相交流、即ち、位相差３０°の１２相交流電圧が加えられた場合、第１の圧電面、第２の圧電面の各素子は、その交流電圧の位相に沿った運動を繰り返し、各素子は位相差３０°づつずれた背反運動を行う一連の振動子群となる。これら一連の、相互連携した繰り返し運動が、波動推進運動の基本動作である。
この背反運動は相補形の協働動作であり、協働動作での音圧出力は双方の和となる。

ここでは多相交流により個々の電極を駆動するため、圧電面と直角方向への音圧出力は、位相差１８０°の対極の出力が必ず何れかにあり、この偶数対極の出力により、全ての音響出力が何れかの対極の出力により必ず消去される。
即ち、この偶数個３６０°等分位相差は全音響出力の相殺消去方式そのものであり、流路の前後方向には走査速度と音速の差により生ずるドプラ−音が若干残るが、これは各対極で消去した消去位相のずれによるものである。 これと同時に移相に伴う振幅の移動方向への気流が発生する。
この振幅移動に伴う気流、即ち、気体の移動→運動量へのエネルギ−変換がここで行われる。

順次に仕切り、準閉鎖の状態を走査で移動させ、一方向への送出工程の流れとしているからであり、指向性の少ない低周波においては、振幅利用の仕切り挿入形式で気体の振動を一方向への気体の移動として方向付けができ、気流に変換することが出来るからである。
これにより電気的入力は、殆ど誘電体損失と銅損以外は音響的出力または空気の移動に変換されるが、その音響出力も殆ど気流に変換され、消音→連続流、となる。

この場合の圧電面の素子の伸縮は個々の電極で異なり、個々の弦振動としての自由度を持たせて設定する必要がある。そのため電極ごとに若干の仕切りを設ける等、周波数調整の必要に応じて自由度を持たせ、かつ、連携線により波動の伝達を助長する。
この場合、単一の弦振動としての基本振動数；ｆ は次式となる。

実用段階では波動をより滑らかにする必要があり、電源を４８相、振動子も４８個・と、より多くする方が好ましい。これにより隣接素子間での電位差も少なくなる。一方、振動子の素子幅はその場合３ｃｍと狭くなり、より弦振動に近い振動となる。
共振点は相互懸架により高域側に移行するが、９点で懸架し１０区間に分割された場合、各部の共振周波数ｆは１０倍となり、張力の変化により次のように移行する。

上記、［数１］での張力は広幅での値であり、［表１］の値は３ｃｍ幅での張力である。
張力の調整は別途仕様の圧電素子で行ない、これも電圧駆動による調整が可能である。
ここで駆動電圧の周波数は発信器の走査速度の切り替え（調整）により任意に調整することができ、最大振幅は振幅制限回路により常に一定値を越えないよう規定しておく。
また、張架用の機構には伸縮自在の菱形枠体を用い、この伸縮を圧電体により制御する。上記の懸架分割しての張力範囲は、この制御に無理のない張力範囲で、翼面に必要な流速が得られる制御が可能なことを示している。 これにより駆動電圧と振幅の位相を、帰還方式で自動調整を行うことができる。

上記の相補圧電面を図７（ａ）のように２組、波動振動面を面対称に向かい合わせて配設し、双方の協働により流体移動をより定量的に工程化するのが、相補重畳方式であり、面対称に協働動作をすることにより出力は倍増し、より定量的に工程化された流量を送出する。
図７（ｂ）に、相補重畳／対称駆動での静止状態、（ｃ）に全開状態、（ｄ）に閉止状態を示す。
これは相補形の協働動作であり、所謂、コンプレメンタリプッシュプル方式の、ダブルプッシュプルである。この方式では、当初のシングル単一面張架方式に比べて、約４倍の出力を得ることができる。
その側面か見た場合の相対する圧電面１−２と１−３の波動の一部（斜視図）を図８（ａ）に、また、この中央部の径時変化を同図（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す。この中央部はより定量的な流れとなる。

この波動推進器を横一列に並べ、翼の前縁に搭載し、所定の６ｎ相の交流電圧で駆動した場合、翼面にはその交流の角速度に応じた翼を覆う層流が発生する。この層流が効果的に翼面に作用すれば、翼面体は静止したままで揚力を得ることができる。
実際の翼面に対する効果は、これに対する翼形に大きく左右される。一例として翼面に働く揚力計算の場合、揚力Ｌ は下記で求められる。

翼面上の実効流速が離陸速度を越えれば、翼面体は滑走路を要せず離陸することができる。この場合、圧電面の表と裏は相補対称形であり、単一面の動作では表と裏の流速は等しくなるが、周囲の状況で表裏の流速が異なれば、その差に応じた前述の［揚力同等の力］が働くため、表と裏の流速による圧力差を少なくするための構造上の配慮が必要である。
図９で、（ａ）は単１面、（ｂ）は相補形、（ｃ）は相補協働形に対応した機構で、膜面の張力調整と対称な流路、空電防護等を考慮したカバ−を備え、立体的拡張配設が容易である。

補助ネットの役割は膜面の張架、相互懸架、共振点の調整とその点における出力の増大に寄与しているが、製造上に若干の工数を要し、コスト高になる可能性がある。とくに高速駆動を要しない場合は、補助ネットを、１点接着、３点接着、５点のハネカム状、等と用途に適した張架方法が考えられ、単なる接着の方が製作も容易である。図１０にその３例を示す。また全面接着と単１面は振動の様態も異なるので、後述、図１３〜１５に細部を示す。

図１１はその応用例であり、（ａ）は単１面のパラググライダ−と同様であるが、自力飛行が可能である。（ｂ）は推力倍増の相補形圧電面を並列に用いた例でこれも懸架式の操縦である。（ｃ）は、主翼、尾翼に相補協働形の推進器を装着し、コアンダ効果での離着陸が可能である。図１２は、圧電面１６面（８対並列）の波動推進器で、水素エンジンの圧宿部にも期待される。

図１３（ａ）は、電極方向を圧電効果の最大伸縮軸に並行に配設した場合であり、ＰＶＤＦの延伸方向の分子配列が繊維状に連続して電極にカバ−されるよう、電極方向を伸縮軸に合致させ、並行に６ｎ個の電極を並列配置したものである。
この縦方向の伸縮軸では、図１のようにダクト側面に張架した場合、若干の内圧を加え、圧電面を湾曲状態にすれば振幅駆動は容易であるが、平面状態での振幅は起こりにくい。
ここで軸方向を９０°変更して横向きとし、各電極に６ｎ相の多相交流電圧が加えられた場合の印加電圧と圧電素子の伸縮を見ると、図１３（ｂ）の素子には、同（ｃ）の伸縮が発生する。

横長の電極としても同様で、この２面（１対）を接着し互いに逆電圧を加えれば、一方

同図（ｃ）は、初期状態、零電位の場合で凹凸なしである。同図（ｄ）はその平面図である。
同図（ａ）のように空間に露出する電極がある場合、外部への不要輻射が発生する恐れがあり、以下の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のように常に外部電極を共通接地電極とし、全体をカバ−するよう、また外部電極が風雪に曝されて、腐食しないよう細心の注意が必要であり、所要の製造工程において撥水性被膜のコ−ティングを施しておく必要がある。

図１５（ａ）は、横方向の伸縮、背反複合面を縦並びに配列して駆動するもので、横並びの電極の位相が変わるに従い、波動のピ−クも順次位相変化と共に移動する。縦並びの電極の交互凹凸配置は、背反屈曲の位相による隣接素子との段差を緩和するための処置であり、
隣接電極間で中間帯を交互に入り込んで駆動することにより、より滑らかな波動面とし、流体抵抗を減少させることができる。
同図（ｂ）は、これら（ａ）（ｃ）等の複合圧電面の断面を示すもので、その駆動中間に電極があり、これに順次６ｎ相多相交流電圧が印加されれば、横方向の伸縮背反運動が一連の山谷をつくり、前々図１３（ｃ）の場合の単なる伸長収縮が、ここでは、同図に示す波動形状となることが分かる。
同図（ｃ）では、より電極空間を少なくし、相互動作を蜜にして、効率をより良くするため菱形相互の、嵌合組合せとした。

これらは、より円滑な波動動作を可能とするもので、これに電源と駆動回路を搭載すれば、面単体での平目魚式の遊泳が可能であり、軽量な翼面推進飛行を実現できる。
また、より大型化して波長を長くすれば、屈曲翼面上にも薄膜太陽電池を装着することができ、翼面受光のエネルギ−による自己駆動の、軽量な自己完結の航空機とすることができる。

本発明の実施形態を示す波動圧電面／波動推進器、３例の斜視図 図１（ａ）波動圧電面／推進器 （ｂ）同、相補形 （ｃ）同、相補協働形 ＰＶＤＦ（ポリフカビニリデン）圧電膜を用いた、音響／電気変換の原理 図２（ａ）変換素子外形図 （ｂ）変換回路図 （ｃ）等価回路図 ＰＶＤＦ圧電面（１００倍の拡大で、μｍからｍｍの膜厚となり圧電面と呼ぶ） 図３（ａ）圧電面の外形 （ｂ）同、最大信号時 （ｃ）振幅時の変化 圧電面の駆動による順次変動絞りと、音圧→気流変換の説明図 図４（ａ）トンネル状風洞、（ｂ）６相交流駆動電圧 （ｃ）膜面中央部の変動 同圧電面を一面化して内圧を与え、６相交流による駆動をした場合 図５（ａ）〜（ｄ）駆動電圧▲１▼〜▲６▼の変化による膜面の変動（Ｐ，Ｌの移動） 圧電面の収縮を低周波振動に変換する形態（相補懸架駆動方式） 図６（ａ）２面の圧電面の並行張架 （ｂ）同２面を相互に懸架し湾曲化 同図（ｃ）面が収縮した場合 （ｄ）中間点 （ｅ）下面収縮の場合 相補駆動形を重畳した協働動作形 （ａ）１部分を斜視図としての説明図 同図（ｂ）初期状態、無信号時 （ｃ）中央部最大 （ｄ）中央部最小 側面から見た圧電面の動作 （ａ）内部の圧電面１−２，１−３の動作斜視図 同図（ｂ）は順次吸入、 （ｃ）閉鎖、 （ｄ）放出の移動を → 印で示す 菱形構造によるカバ−兼、共振周波数制御機構の斜視図 図９（ａ）防護カバ−兼伸縮機構単一面 （ｂ）同相補形 （ｃ）相補協働形 相補協働形圧電面の簡易化（低速用は懸架線を省略し、接着する） 図１０（ａ）１点接着の場合 （ｂ）３点接着： （ｃ）５点接着： 波動圧電面／波動推進器の移動体への応用 ３例の斜視図 図１１（ａ）ハンググライダ−形式、斜視図 図１１（ｂ）並列多重使用の翼面体の例、斜視図 図１１（ｃ）航空機翼面に取り付けた場合の１例、斜視図 ［縦型配置／並列多重］の圧電面の場合、全面相補協働動作、説明図、 （ａ）圧電面１６枚（８対）の場合の初期状態（無信号時） （ｂ）同圧電面、中央閉鎖の状態 （ｃ）同面：中央全開 ： （ａ）波動掃引を目的とするＰＶＤＦフィルム／可撓板 （ｂ）軸方向横向きに変更 （ｃ）同、電圧印加と内部伸縮 多極圧電面、複合板の伸縮と屈曲 （ａ）正屈曲 （ｂ）負屈曲 （ｃ）零；直線状 （ｄ）同図の平面図 軸方向横形、電極は縦接続の屈曲圧電面 （ａ）横向き長方形電極、縦並び交互凹凸 （ｂ）菱形電極、交互嵌合形

符号の説明

１ 可撓圧電膜／面 （〜μｍの薄膜の場合は圧電膜、〜ｍｍの厚さは面と表示）
２ 圧電面の電極 （多相交流に対応する電極で、６ｎ個、表裏）
３ 補助ネット （可撓圧電面を張架するための高張力繊維より成る）
４ 支柱、支持枠 （圧電面の支持支柱または圧電膜面の支持枠体）
５ 接続配線 （６ｎ本の配線、および共通ア−ス線）
６ 信号電源 （６ｎ相交流電源，位相差；２π／６ｎ）
７ 懸架線 （補助ネットの一部）
８ 連携線 （ ： ）
９ 風洞、流路
１０ カバ− （菱形張架機構とカバ−兼用）
１１ 単一圧電面波動推進器
１２ 相補方式圧電波動推進器
１３ 相補協働方式圧電波動推進器

Claims (10)

1. 可撓性のある圧電体の板面または同膜面の表裏に６個またはそれ以上の偶数個（６ｎ個）、の長方形の電極対を圧電歪が最も大きく現れる軸方向に並列に設け、これらの電極に対応する６ｎ相の多相交流電圧を位相順に各電極に加え、その圧電面の個々の電極部を圧電効果により個々に伸縮駆動することが可能であり、同膜面の表裏に気圧差を有する表面部材に適用した場合、上記の多相交流電圧による駆動により波動運動を行うことを特徴とする可撓性圧電面。
2. 請求項１に記載の圧電面と同一仕様の第２の圧電面を設け、これら２面の軸方向を同一に揃え、軽量な補助ネットを介して双方を全面にわたり接着する。この接着の場合、一方の圧電面の電極に他方の圧電面と逆極性の電圧を加えれば、一方は伸長し他方は収縮する、（また同様に［一方の圧電面の分極極性を逆にすれば］同一電圧で互に逆の伸縮をする）これら一対の圧電面の各電極に、順次対応する６ｎ相の交流電圧を加えれば、各電極部は個々に背反運動を行う一連の圧電振動子群となり、６ｎ相多相交流の位相変化による各振動子の振幅変化は、各圧電振動子の振幅の順次移動として現れ、波動状の動きとなる。
   この多相交流電圧駆動により波動運動を行うことを特徴とする波動圧電面。
3. 請求項２に記載の圧電面において、２面を接着する場合、各々の圧電面の分極極性を、
   

   

   るよう、補助ネットを介して接着し、双方とも外側に表面として露出する電極は、全面にわたり共通電極とし外側の電位を常時接地電位とする。この場合、駆動印加電圧は常に膜面を重ね合わせた内側の電極（ネット側）となるよう蒸着配線を行い、波動圧電面の外部表面には如何なる場合も信号電位が現れないよう電極保護と安全を考慮し、かつ、電磁波の不要輻射を防止したことを特徴とする波動圧電面。
4. 請求項１に記載の圧電膜、または可撓性圧電面を、常に内圧が加わる気球等の膜面部材または、圧力差の生ずる滑空機の翼面部材等に適用し、電極方向（圧電体の伸縮方向）を機体の進行方向に対して直角方向に配設し、圧電面の電極６ｎ個に相対する６ｎ相多相交流電圧を位相順に加え、多相交流の位相変化による圧電面の伸縮部が順次移動し、気球等の膜面または、滑空機等の翼面が波動推進運動を行うことを特徴とする波動圧電面を有する移動体。
5. 請求項４に記載の圧電膜面において、気球または翼面等の外面として露出する表面側を全面カバ−する共通電極面として常時接地電位とし、内側の長方形線条形電極に駆動電圧を加え、常に内側から駆動して、電極保護と空電に対する安全、電磁波の不要輻射防止を考慮した波動圧電面を有する波動推進移動体。
6. 請求項１、２、３、４、５項に記載の波動圧電面の表面に、全面にわたり撥水性の絶縁被膜のコ−ティングを施したことを特徴とする波動圧電面／波動推進移動体。
7. 請求項１、２、３、４、５項に記載の波動圧電面の装着において、主要波動圧電推進は常に２個一対を基本とし、騒音の相互相殺、振動の双方バランスによる除去を基本とした、相互相殺消去方を用いた低振動、低騒音を特徴とする波動圧電推進器。
8. 単一の波動圧電面、相補形波動推進器、相補協働形波動推進器の菱形張架機構において、縦横双方の重畳と拡張の場合、各菱形構造の縦横比を一斉同時に調整変更を可能とし、同時に、圧電面の張架張力を一斉変更可能な構造を有する波動圧電推進器。
9. 請求項２項に記載に準ずる圧電面において、２面の軸方向を真横に変更し、電極は長方形の電極の形状を、隣接する電極との間で相互に入り込んだ交互凹凸または、相互に嵌合するジグザグ形状（交互配置の菱形列配置）とし、屈曲運動の際に隣接電極が相互に連携して屈曲する共有領域を有する波動圧電面とし、引き出し方向は対軸直角方向として凹凸素子または菱形素子を連ねた軸方向に対する横方向に引き出し、順次相対する６ｎ相多相交流の電源に接続し、張架なしの場合においても、圧電面単独で遊泳状の波動泳動運動を可能とする波動推進圧電面。
10. 請求項８項、９項に記載の波動推進器応用の移動体において、移動体の翼上面、または、機体上面に軽量な太陽電池（薄膜形太陽電池等）を装着し、所要の２次電池を経て圧電駆動の電子回路に供給し、自力飛行を可能とする波動推進移動体。

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