JP2007518910A - 媒体流生成装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、媒体流を生成するための装置（１）であって、チャンバ（４）を有し、このチャンバ（４）は、互いに対向して位置するチャンバ壁（２，３）と、媒体流のための少なくとも一つの媒体開口（２７，２８，２９，３０）とを備えるとともに、ダイヤフラム手段（５）によりチャンバ（４）内において媒体流を生成することができ、ダイヤフラム手段（５）は、装置（１）の非動作状態においては、互いに対向して位置するチャンバ壁（２，３）間にあるチャンバ（４）内に実質的に張力が加えられていない状態で配置されるとともに、ダイヤフラム手段（５）には、このダイヤフラム手段（５）を駆動して変形させるための電気的な駆動信号に応答する駆動手段（６）が関連付けられており、駆動手段（６）は、装置（１）の動作状態において、ダイヤフラム（５）を変形させるようになっており、この変形中において、ダイヤフラム手段（５）は、機械的な内部張力を有している、装置に関する。

Description

本発明は、媒体流を生成するための装置であって、チャンバを備えるとともに、このチャンバが、互いに対向して位置するチャンバ壁と、媒体流のための少なくとも一つの媒体開口とを備えるとともに、ダイヤフラム手段を備えており、当該ダイヤフラム手段が媒体流を生成するように設けられて構成されている装置に関する。

ポンプの形態をなすそのような装置は、米国公開特許公報第ＵＳ２００２／０１４６３３３Ａ号（特許文献１）から知られている。このポンプは、圧送媒体流を生成するために設けられており、また、このポンプを用いると、進行波又は移動波に類似して変形されるダイヤフラムにより、流動媒体がチャンバの一方側からチャンバの他方側へと移送される。この周知の装置の場合、両端が固定され、弛んだ変形可能なダイヤフラムは、所定の厚さの発達をなしており、また、流動媒体は、ダイヤフラムが比較的大きい厚さを有しかつ例えば圧電素子又は磁気システムによって波状形態でダイヤフラムの振動が誘発されるチャンバの端部領域から、ダイヤフラムの厚さが最も小さいチャンバの反対側の端部へと移送される。ダイヤフラムにより引き起こされる波は、ダイヤフラムの固有モードに対応しており、従って、調整可能な移動速度及び調整可能な周波数を有する強制振動ではない。そのようなダイヤフラムの励起は、前述したように、ダイヤフラムの入口端部において行われ、また、進行波を生成するために、移送流体の結果としてのかなりの減衰は避けられない。流体を効率的に移送させるために、励起周波数は、低く維持されなければならず、例えば４０Ｈｚ乃至８０Ｈｚの範囲に維持されなければならない。この周知の装置の場合、一方では、比較的大きな変動範囲にわたって異なる流量を得ることが難しく、また、他方では、小型化を図ることができない。また、周知の装置は、ダイヤフラムの固有共振において必要な減衰を欠いているため、ガス媒体の効率的な移送に適していない。

しかしながら、例えば臭気物質の放出の場合のように、特に流量の正確な計量又は正確な設定及び迅速な変更が可能である場合、ガス媒体のための小型搬送装置は、今後、益々重要になり得る。従って、ここでは、特に正確に計量された量のガス媒体を移送して放出できるように、媒体流を生成するための装置を製造する必要性が存在する。また、この装置は、小型の構造をなして実現することもできる。

一方、ダイヤフラムを案内する複数の固定電極を有する静電ラウドスピーカであって、ダイヤフラムが複数の固定電極の周囲において前後に曲がりくねっており、それにより、ラウドスピーカの単位面積当たりの大きな動作面従って大きな振動領域を得る静電ラウドスピーカは、例えば独国公開特許公報第ＤＥ４０４１５４４Ａ号（特許文献２）から知られている。ダイヤフラムの曲がりくねった配置によって形成される個々のダイヤフラム部分は、ここでは、従来の静電ラウドスピーカと同様にして張力が加えられるとともに、それぞれの反対側のチャンバ壁によって形成されかつ音響出口を有するチャンバ内に配置されている。ダイヤフラムの曲がりくねった配置にもかかわらず、移動できる空気塊（空気の体積）は、同じサイズの一つのダイヤフラムと比べてほとんど増大されず、そのため、音圧も比較的低いままである。特に、全製品体積に対する移動可能な空気体積の割合は、比較的低い値しかとらない。また、この周知の構造は、小型化が不可能であり、振動するダイヤフラムの移動可能な空気体積と全体の体積との間の比率の向上が必要とされている。さらに、高いオフセット電圧が必要とされており、オフセット電圧がなければ、所望のパラメータをもってラウドスピーカを動作させることができない。

従って、ラウドスピーカとして作用する媒体流生成装置の場合には、構造のために必要な装置の全体積に対して高い有効体積（即ち、ダイヤフラムによって移動される空気の大きな体積）が得られるモデルの必要性が存在する。また、電力損失を伴わないモジュール構造及び装置の小型化が望ましい。
米国公開特許公報第ＵＳ２００２／０１４６３３３Ａ号 独国公開特許公報第ＤＥ４０４１５４４Ａ号

本発明の目的は、正確に規定できかつ迅速な計量調整が可能な媒体流を生成することができ、ダイヤフラムの変形のために所望の任意の周波数が可能であるとともに、わずかな構成要素を用いて構成することができ、例えば移動電話携帯端末のためのラウドスピーカのような小型構造において使用できる前述した媒体流生成装置を提供することにある。

従って、本発明は、主要な態様において、以下に特定された態様により特徴付けることができる媒体流生成装置、即ち、媒体流を生成するための装置であって、チャンバを備え、このチャンバが、互いに対向して位置するチャンバ壁と、媒体流のための少なくとも一つの媒体開口とを備えるとともに、ダイヤフラム手段を備えており、このダイヤフラム手段は、媒体流を生成するように設けられて構成されており、上記ダイヤフラム手段は、装置の非動作状態においては、チャンバ壁間にあるチャンバ内に実質的に張力が加えられていない状態で配置されるとともに、上記ダイヤフラム手段は、このダイヤフラム手段を駆動して変形を与えるための電気的な駆動信号に応答する駆動手段に関連付けられ、上記駆動手段が、装置の動作状態においてダイヤフラム手段を変形させるようになっており、この変形中に、上記ダイヤフラム手段は、機械的な内部張力を有している装置を提供する。

本発明に係る装置の大きな利点は、ダイヤフラム手段を駆動させるための駆動手段が、ダイヤフラム手段及び／又はチャンバのほぼ全長（有効長）にわたって好ましくは設けられ又は効力を有するという点である。

従って、本発明に係る装置の動作状態において、ダイヤフラム手段又はダイヤフラムは、固有モードで動作せず（又は、必ずしも動作せず）、ダイヤフラムの全領域にわたってダイヤフラムの励起又は駆動を行うことができる。この場合、比較的均一な動作を得ることができる。ダイヤフラム手段が駆動されると、それにより、ダイヤフラム手段の変形が引き起こされ、その後、ダイヤフラム手段が機械的な内部張力を有し又は生み出して、結果的に、機械的な強度がダイヤフラム手段に対して与えられることにより、媒体流を生成することができる。

装置は、電力損失を伴うことなく、簡単に集積すること、即ち、小型化することが可能である。従って、ラウドスピーカとして構成される場合には、領域に関連して電力損失を伴うことなく、個々の小さなモジュールからラウドスピーカを実現することができ、一方、小型ラウドスピーカの場合には、大型のラウドスピーカでしか技術的に得られないような音圧を得ることができる。ポンプを構成するために本発明に係る装置が使用されると、特にガスのための、基本的には同様に液体の場合においても、極めて細かく調整できるポンプを得ることができる。そのようなポンプ又はポンプ装置は、さらなる結果として、正確に計量された少量の臭気物質等の放出に特に適している。

特に好ましいことであるが、ラウドスピーカを実現するために本発明に係る装置が使用される場合、当該装置の非動作状態において与えられる緩んだ又は「弛んだ」ダイヤフラムは、ダイヤフラムが任意的に前後に案内される場合であってもラウドスピーカシステムの動作状態及び非動作状態の両方においてダイヤフラムに対して機械的に張力が加えられていたこれまでの総てのラウドスピーカから完全に逸脱している。しかしながら、ダイヤフラム手段又はダイヤフラムを有しかつダイヤフラムの高い度合いの変形を伴う本発明に係る装置は、従来のラウドスピーカに比べて大きな空気塊（空気体積）を移動させることができ、それにより、ラウドスピーカの全体積に対して極めて高い有効体積を得ることができる。例外なく共振に基づいている従来の電気力学的又は静電的なラウドスピーカシステムの場合、全体積に対する有効体積の比率は一様に１０％、特に約７％を下回る。しかしながら、本発明に係る装置を用いると、７０％、８０％、又は９０％という（全体積に対する）有効体積を得ることができる（即ち、１０倍も高い）。この場合、ダイヤフラム手段は、それ自体、チャンバ壁に当接して位置することができる。その場合、構造に応じてチャンバ壁上に薄い絶縁層が設けられ、これらの壁は、少なくとも断面において、電極として機能することができる。あるいは、ダイヤフラム手段自体の上に絶縁層を設けることもできる。駆動システムを実現するために、電荷が与えられたダイヤフラム手段を設けることも考えられる。この場合、ダイヤフラム手段の電荷は、実質的な損失を伴うことなく長期にわたって維持される（電荷が付与されたそのような箔は、それ自体、既に従来の技術である）。ダイヤフラム手段の構造における他の可能性は、ダイヤフラム手段の断面に、互いに電気的に絶縁されかつ対応する電圧が印加される際にダイヤフラム手段を変形させるための機械的な力を及ぼす圧電部又はコーティングを設けることである。ダイヤフラム手段のためには、金属箔を使用することができる。このダイヤフラム手段には、チャンバ壁の領域に設けられた電極に対して電圧が加えられ、それにより、ダイヤフラム手段は、電極間の交流場内において変形するとともに、結果として、機械的な内部張力が付与される。ダイヤフラム手段の実現のためには、絶縁材料からなる箔も考えられる。

ダイヤフラム手段は、その二つの離間した端部領域をチャンバ内で固定することができる。この場合、ダイヤフラム手段は、これらの端部領域間に前述したような緩んだ又は弛んだ構造を有しており、動作状態においては、大きな体積の媒体を移動させるために変形することができるとともに、機械的な内部張力を生み出す。

ダイヤフラム手段の所望の変形のためにダイヤフラム手段における駆動、即ち、電気機械的駆動手段又は励起手段を支援するため、電気機械的な駆動素子、例えば特に圧電機械素子がダイヤフラム手段の端部にさらに作用する。この駆動素子は、ダイヤフラム手段及び／又はチャンバ壁上に設けられた電極により、ダイヤフラム手段の進行波の生成を補助する。

チャンバは、チャンネルの形態、即ち、移動される媒体、特にガス媒体のために両端壁の領域に設けられる略立方体状の開口の形態をなすことができる。また、ダイヤフラム手段は、特に好ましいことであるが、その全長にわたって略一定の厚さを有している。これにより、特に、製造が比較的簡単であるという利点が得られる。

前述したように、本発明に係る装置においては、駆動手段の適切な制御により、動作時に進行波又は移動波に対応する変形を受けるダイヤフラム手段が有利に設けられる。しかしながら、互いに対向して位置するチャンバ壁に対してその端部領域が固定されたダイヤフラム手段であって、移動する移行部が動作時又は起動操作状態時に互いに対向して位置するチャンバ壁間で実質的に伸張するように、チャンバ壁に対してほぼ直角に又はわずかに傾いてチャンバ壁間に配置されるダイヤフラム手段も考えられる。一方のチャンバ壁から他方のチャンバ壁へと延在する移行部は、チャンバの二つの端部及び少なくとも一つの媒体開口のそれぞれの間において、対応して形成された駆動手段により、前後に連続的に移動される。また、この場合、チャンバは、全体として矩形断面の立方体状のチャンネルを形成することが好ましい。しかしながら、体積の前後の移動により、この構造は、ポンプとして適さないが、音響生成器（ラウドスピーカ）としては非常に適している。この場合、比較的大きな体積の空気が前後に移動される。音圧は移動される空気の体積にほぼ比例するため、特に個々の小さなモジュールから、電力損失を伴わない実質的にさらに小さなラウドスピーカを組み立てることができる。ここで、非常にわずかな空気塊（空気体積）だけしか移動できない現在の小型ラウドスピーカの場合には、引き起こされる音響レベルが最小となり、それにより、これらの小型のラウドスピーカが耳又は耳の中でしか使用されないということを思い出さなければならない。比較として、本発明に係る装置の場合、前述したように、１０倍も多い空気体積が移動される。即ち、構成要素の全体積に対する移動空気体積の割合が実質的に増大され、それにより、耳から離隔した比較的小型のラウドスピーカの適用が、所定の音響レベルでかつ実質的に小さい全体サイズで可能となる。

前述したようにその周波数が超音波範囲内にあり得る進行波に類似してダイヤフラム手段が変形される前述した進行波構造を選択する場合には、全体積に対する移動空気体積の幾分良好な割合を得ることができる。この進行波ダイヤフラムを用いると、移動されるダイヤフラム手段の少なくとも一つの全波列が与えられるが、好ましくは、例えば１．５乃至２波長に対応する長い波列分だけダイヤフラム手段を変形させることができる。ここでも、異なる駆動源により、予め決定できる周波数の波状移動をダイヤフラム手段に引き起こすことができ、ダイヤフラム手段の移動により、進行波が生じる。ダイヤフラム手段の進行波は、「エアーポンプ」に類似した経時的に変化する空気流を一方向に生成する。この場合、随意的に平滑化（スムージング）を組み入れることができ、進行波の速度により、即ち、進行波がパルスによって発生される場合にはパルスの周波数により、空気流の強さ又は振幅を変えることができる。一つの波列を伴うボーダーラインケースにおいては、厳密に言うと、もはや進行波について言及することはできず、ダイヤフラム手段の変形は、実質的には、互いに固定された位相関係を有する高い割合の第２高調波を伴う振動へと減少される。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、非限定的な例として以下に説明された実施の形態を参照することにより明らかであり、以下、これについて説明する。

図１は、媒体流を生成するための装置１の構造原理を概略的に示している。この構造において、対向して配置された二つのチャンバ壁２，３間にはダイヤフラム手段５が設けられている。これらのチャンバ壁は、これらを側方で（即ち、図面の面と平行に）接続する具体的に図示されていない二つの側壁と共に、媒体流のためのチャンネル４によって形成された立方型チャンバを画定している。以下においては、ダイヤフラムと略して呼ばれるこのダイヤフラム手段５は、その後端領域５．１が図１の例では下側にあるチャンバ壁３に対して固定され、また、その反対側にある他方の前端領域５．２が他方の上側チャンバ２に対して固定されており、これにより、立方型チャンバ４に対して二つの固定領域が互いに正反対に位置している。更に、ダイヤフラム５はチャンバ壁２，３に対して電気的に絶縁されており、また、一般に、ダイヤフラム５に給電するための電気機械駆動手段６が設けられている。例えば動的ラウドスピーカ（拡声器）や静電的ラウドスピーカのような従来のラウドスピーカ（拡声器）とは異なり、本装置１の場合、ダイヤフラム５は、端部領域５．１，５．２が固定されているにもかかわらず張力が加えられておらず、装置１の非動作状態においては、チャンネル４によって形成されたチャンバ内に緩んだ状態又は弛んだ状態で配置されている。

図１において、駆動手段６は、制御信号源７を備えており、装置１の動作状態においては、この制御信号源７から、特定の音に対応して生成される一つの電気的な制御信号（又は、複数の制御信号）がダイヤフラム５に対して加えられ及び／又はチャンバ壁２，３によって形成された電極に対して加えられる。ダイヤフラム５は、例えば、ミクロン範囲からナノメートル範囲の厚さの薄い金属箔を構成している。絶縁箔又はドープシリコン材料からなる箔等も可能である。図１に示されるように、対向するチャンバ２，３は、具体的には電位が異なっており、これらの電位は、図１においては、「＋」記号及びグランド（接地）記号によりそれぞれ示されている。また、信号電圧がダイヤフラム５に対して供給される。制御信号源７によって供給されるダイヤフラム５への印加電圧に応じて、ダイヤフラム５は、チャンバ壁２又は３の方へと引き付けられて、それぞれの他方のチャンバ壁３又は２から跳ね返され、その結果、ダイヤフラム５は、静電気学の自然法則に従って変形される。例えば図１に示されるようにダイヤフラム５が変形すると、即ち、実線で示される位置から破線で示される位置へとダイヤフラム５が変形すると、空気塊（空気の体積）８が矢印９の方向に変位して移動される。その後、実線で示される元の位置へと変形すると、装置１のこの実施の形態における空気塊の変位方向が再び逆になる。そのようなダイヤフラム５の変形、即ち、前後に移動される媒体流（ガス塊）の生成は、ダイヤフラム５の自然共振とは無関係であるが、制御信号源７によって加えられる信号に従って行われる。対向して配置された二つのチャンバ壁２，３間において常に延在するダイヤフラムの部分は、移行部と呼ぶことができ、この移行部１０は、矢印９の方向において後から前へと与えられたダイヤフラムの変形に対応して変位され、その後、矢印と反対方向に戻される。これについては、図２に示される例における移行部１０の中間位置も参照されたい。ダイヤフラム５の移行部１０のこの変位により、ダイヤフラム５の一方側のそれぞれの空気塊がチャンネル４（その一端部にある）から吐き出されるが、この空気塊は他方側で吸引される。このようにすれば、前述したように、空気塊が矢印９の方向又は反対方向に移動され、それに伴う急速な変位プロセスにより、また、制御信号源７から電極に対して与えられる対応する交流電圧により、対応する音波が放出される。最大変位可能な空気塊は、図１から明らかなダイヤフラム５の二つの極限位置によって、即ち、特に移行部１０の二つの極限位置間によって規定される。しかしながら、動的ラウドスピーカの場合とは異なり、図示の装置１の場合、最大変位可能な空気塊、従って、ラウドスピーカの単位面積毎に生成される音波の音圧は、空気チャンネル即ちチャンネル４の長さｄのみに依存することができ、ラウドスピーカの二つの他の寸法、即ち、図１に描かれている面に対して垂直な方向での寸法と、二つのチャンバ壁２，３同士の間の距離とにそれぞれ依存することができない。このようにすれば、ラウドスピーカにおけるモジュール構造原理を実現することができ、所望の音響レベルに応じて、図１に対応するいくつかのモジュールを、横に並べて、即ち、図の面と平行に並べて配置することができ、また、互いに上下にそれぞれ配置することができるとともに、同時に制御することができる。いくつかのモジュールのそのような構造は、結果的に、音放出口に対してモザイク状の領域を形成する。その場合、モザイク状の領域は、ほぼ任意の幾何学的領域、例えば円形、三角形、矩形の領域又は不規則な領域を含んでいる。また、モジュールを互いに対してオフセットして配置することもでき、それにより、そのような配置が積層構造をなすこともできる。そのような配置は、電気製品においてラウドスピーカとして使用する場合、例えば携帯電話等の場合のように限られた領域又は体積だけが利用可能なときに有利である。

動作時には、ダイヤフラム５はそれ自体がチャンバ壁２，３に当接して位置しているため、これらの構成部品同士の間で電気的な絶縁が必要とされる。これは、例えば、チャンバ壁２，３の絶縁コーティングによって行うことができるが、図１では、簡単のため、これが、上側チャンバ２において絶縁体１１を用いて概略的にのみ示されている。しかしながら、代わりに、対応する絶縁体をダイヤフラム５自体に設けることもできる。

ダイヤフラム５と絶縁体１１との間に生じる任意の物理的な力（例えば分子間力（ファン・デル・ワールス力））の影響を弱めるため、ダイヤフラム５及び／又は絶縁体１１は、粗面又は構造化された面を有していてもよい。

また、図１には装着手段１２が示されており、この装着手段１２は、対向して配置されたチャンバ壁２，３（及び図示しない側壁）を支持するとともに、ラウドスピーカの「前側」及び「後側」の音響分離を主に行うようになっている。

図２は、弛んだダイヤフラム５によって音を生成するための全く同様の装置１の匹敵する概略図を示している。このダイヤフラム５も、同様に、下側チャンバ壁３の後端と、チャンバ壁３に対向して位置する上側チャンバ壁２の前端とにより保持されており、それによって、動作時に移動する移行部１０が二つのチャンバ壁２，３間に形成されている。図２の例において、ダイヤフラム５のこの移行部１０は、図１から明らかな二つの端部位置と比べて中間の位置に既に配置されている。それは、さらなる中間位置においては、図２に破線で示されている。

図１の場合と異なり、この場合には、電極２．１，２．２，２．３．．．．及び３．１，３．２，３．３．．．．をそれぞれ二つのチャンバ壁２，３に装着する（非限定的な例として、両者ともに三つの電極だけが示されている）ことにより駆動手段６が実現される。また、二つのチャンバ壁２，３は、絶縁体の形態をなしている。この場合も同様に、ダイヤフラム５は、例えば薄い導電材料即ち薄い金属箔を構成している。ダイヤフラム５を薄いドープシリコン箔によって、任意的には電荷が加えられる薄い絶縁材料によって形成できることについて言及しておかなければならない。電荷を有するそのような箔材料は、例えば、互いに上下に配置されかつ引き抜き加工を受ける従来のポリカーボネート箔自体から構成することができる。これは、キャビティを有する複合箔を形成し、また、これらのキャビティを電子衝撃によってイオン化（電離）することができる。その結果として得られる電荷は、室温状態で長期にわたって維持することができる。そのような帯電した箔は、それ自体既に知られており、本目的のためにも使用することができる。

電極２．１，２．２，２．３．．．．及び３．１，３．２，３．３．．．．はそれぞれ（無論、両者ともに、４個以上の電極をチャンバ壁２，３に装着することもできる）、制御信号源７から、対応する制御線１３，１４をそれぞれ介して、信号の供給を受け、それにより、タイヤフラム５の一部を周期的に一方のチャンバ壁２，３の方へそれぞれ引き寄せるとともに、ダイヤフラムの当該部分を他方のチャンバ壁３，２からそれぞれ跳ね返す。図２は、例えば、ダイヤフラム５（ここでは、マイナス電位を有している）が下側チャンバ壁３の第１の下側電極３，１の方へと引き寄せられた状態を示している。この時点で、更なる上側電極２．２，２．３は依然としてプラスに帯電されており、そのため、マイナスのダイヤフラム５はこれらの上側電極によって引き付けられている。次の段階では、中央電極２．２（＋から−へ）及び中間電極３．２（−から＋へ）の電位がそれぞれ変えられ、それにより、移行部１０が破線により示される位置へとさらに移動する。この位置において、ダイヤフラム５は、下側電極３．２により中央の領域で引き付けられる。同様の制御が他の総ての段階で行われることにより、対応する制御信号に基づいて、ダイヤフラム５が前述した方法で周期的に変形して、移行部１０が前後に変位し、装置１のそれぞれの側で空気の塊（体積）が周期的に吐き出されて吸引される。このようにして、対応する周波数でダイヤフラム５を変形させると、所望の音を生成することができる。ダイヤフラム５が帯電絶縁体として構成されている（即ち、ダイヤフラム５が電位接続部を有していない）場合には、電気的な反発力を利用することができる。この場合、信号源７から加えられる電気信号も比較的低い電圧振幅を有することができる。

図１及び図２を参照して前述した装置１は、わずか数個の構成部品から組み立てられる。この場合、総ての構成部品を集積可能な半導体素子によって製造することができる。構造はモジュールであってもよく、また、ほぼ要求通りに基本要素のサイズを減少させることができる。所要電力に応じて個々のモジュールが並列に接続され、形成される音響エネルギ束全体は、モジュールの数に比例する。また、システムはその固有周波数で動作しないため、音源の固有特性は、音響環境によってほとんど影響されたままの状態である。従来のラウドスピーカシステム、特に動的なラウドスピーカと比べると、空気の移動のために空気チャンネルの全長ｄ（図１参照）を使用することができ、また、実質的に高い音圧を生成することができる。特に、総体積（全体の体積）に対する有効体積（即ち、移動した空気の体積）についての前述した割合は、従来の場合よりも十（１０）のファクタだけ大きい。形成される音響エネルギ束は、全周波数範囲にわたり、周波数に応じて一定であり、また、例えば図２に係る装置１の動作モードについての先の説明から明らかなように、直接的なデジタル制御信号も可能である。重要な利点は、何度も前述したモジュール原理である。即ち、単位面積当たりの電力損失なくして、個々のモジュールからラウドスピーカを構成することができる。生成される音の振幅にわたる線形性は、最終的には、制御信号に応じた流量の線形性によってのみほぼ決定される。尚、ここでは、必要に応じて、電子的な補償を簡単に行うことができる。

図１又は図２に示される装置１のチャンバの端部１５’，１６’は、好ましくは開放されており、即ち、移動される空気又は吸引される空気のための開口を形成している。

図３は、図１及び図２と比べて変更された媒体流生成装置１を示しており、この装置１は、装置１の非動作状態において緩んでいる又は弛んでいるダイヤフラム５を有している。この場合、装置１の動作状態では、その一部のみが示された説明されるべき駆動手段６を用いた対応する電気的な励起により、ダイヤフラム５に進行波が与えられる。図３に係る装置１も、同様に、上側チャンバ壁２とこの上側チャンバ壁２と対向して位置する下側チャンバ壁３（この場合も同様に、上側及び下側は図面の例を参照している）とを有するチャンバを備えている。

これらのチャンバ壁２，３同士の間には、平面図において略矩形状をなすダイヤフラム５が配置されている。このダイヤフラム５は、その端部領域５．１，５．２が後端壁１５及び前端壁１６にそれぞれ固定されている。いずれの場合も、その固定は、二つのチャンバ壁２，３間の幾何学的な略中央において行われている。ここで、ダイヤフラム５の後端領域５．１には、好ましくは圧電素子の形態をなす駆動素子１７が設けられており、切り換えロッドによる励起に類似するこの駆動素子１７を介して、ダイヤフラム５の振動が後端側から引き起こされる。端部におけるこの好ましい振動励起は、チャンバ壁２，３（因みにこの場合も同様に絶縁機能を有している）の電極２．１，２．２，２．３．．．．及び３．１，３．２，３．３．．．．にそれぞれ信号源７から印加される交流電位によるダイヤフラム５での進行波の励起（図２乃至図７の例と同様に、この制御は簡単のために図３では略されている）と組み合わされる。ダイヤフラム５自体は、この場合も同様に、同じく制御線によって、例えば図２に破線で示される制御線１８によって加えられる例えばマイナス電位を有している。これに代わる手段としては、ダイヤフラム５に始めからマイナスの電荷を与え、それにより、電位の印加を不要にすることもできる。しかしながら、電極２．１乃至３．３への信号の周波数と一致する所望の周波数の振動励起を行うために、図３に係る圧電素子駆動素子１７を信号源７の対応する制御出力に接続しなければならなくなることもあり得る。

また、図３に係る実施の形態においても、ダイヤフラム５は、ミクロン又はナノメートル範囲の薄い金属箔により構成することができ、一定の厚さを有している。ダイヤフラム５のために使用される金属は、例えば図１及び図２の場合と同様にアルミニウムであってもよい。

電極２．１等に対する交流電位の制御されたパルス形状の印加により、ダイヤフラムの一部は、図２に係る実施の形態における態様と同様の態様で、電極によりそれぞれ引き付けられて跳ね返され、それにより、波形が形成される。しかしながら、このとき、ダイヤフラム５の波形状の変形が進行波又は移動波（ｒｕｎｎｉｎｇ ｗａｖｅ）となるように動作させられる。また、図３におけるダイヤフラム５の異なる極限位置が破線で表わされている。

図３に係る実施の形態では、ダイヤフラム５において進行波を生成するために、比較的高い電場が必要である。低電圧に伴う要件を満たすため、図４に示されるように圧電素子部を用いてダイヤフラム５を製造することもできる。即ち、ダイヤフラム５は、互いに分離された圧電層を有する構造化された面を有している。尚、これについては、「圧電素子」２０，２１，２２及び２３，２４，２５がそれぞれプラスチック支持フィルム５’上に配置されたダイヤフラム５の一部を示す図５も参照されたい。適切な位相シフトをもって交流電位を加えることによりダイヤフラム５における進行波を励起させるため、これらの圧電領域又は圧電素子２０乃至２５は、この場合も同様に、図２における制御線１３，１４と同様な具体的に図示されていない接点又は制御線により、図２における信号源７と同様な信号源に対して接続される。この原理は、「圧電素子」（具体的に図示されていない）の特定の電気的なバイアス電圧における極性記号をもって図４に示されている。この場合、交流電位が圧電層のプラス及びマイナスのカーブをそれぞれ生じさせ、そのため、ダイヤフラム５の対応する変形が生じることを補足しておかなければならない。図４に係る実施の形態のこの場合において、チャンバ自体は、そのチャンバ壁２，３と、端壁１５，１６と、同様に存在するが図示されていない側壁とを伴っており、絶縁材料を含んでいてもよい。

図３及び図４に係る実施の形態の場合には、当該装置１のチャンバのための保持手段又は装着手段１２が存在していることについて言及しておかなければならない。これらの保持手段１２は、図３及び図４においてもかなり概略的に示されており、また、前側と後側との間での音響分離において役立つ。

また、図３及び図４には、ダイヤフラム５における進行波の移動方向が矢印２６，２６’をそれぞれ用いて示されている。

図３又は図４に示される装置のような装置を用いると、図１及び図２における空気移動と比べてかなり激しい空気移動を達成することができる。即ち、構成要素の体積に対する有効体積（移動される空気塊）の割合は、図１及び図２に係る実施の形態と比べてかなり大きい（７０％程度ではなく、例えば８０％又は９０％）。言い換えると、図３又は図４に係る装置を用いると、進行波が与えられるダイヤフラム５により、かなり多くの媒体を「圧送する」ことができる。例えば、音生成器の場合には、超音波範囲の進行波が生成され、一方、平均して生じる全空気体積を変えることにより可聴音範囲の音響信号が形成される。

図３及び図４から明らかなように、端壁１５，１６に近い対向するチャンバ壁２，３には、媒体の流入及び流出をそれぞれ許容する開口２７，２８及び２９，３０がそれぞれ存在しており、これにより、ダイヤフラム５が電気機械的な励起に対応して変形された際に、媒体（空気）を引き込んで吐き出すことができる。これらの開口２７，２８及び２９，３０のそれぞれにより、その他方側において、即ち、これらの開口と対応して隣接する端壁１５，１６との間にキャビティが残され、これらのキャビティが、ダンピング「キャビティ」として、進行波の態様でダイヤフラム５の変形時に生成される脈動気流の平滑化をもたらし、それにより、装置１の外側で、考慮中の短い時間単位の間にほぼ一定の気流が生じる。この気流の振幅は、移動波即ち進行波の速度によって変化させることができ、従って、図１０から明らかなように、進行波のパルス励起の場合にはパルスの周波数によって変化させることができる。高い励起周波数では、又は、急速に進行する波を用いると、結果として、音波の放出に従って気流の振幅を変化させることができる。ダイヤフラム５の励起の性質に応じて、進行波を一方向及び他方向において交互に励起させることができ、その結果、図１及び図２の動作モードに類似した動作モードが得られる。この動作モードを用いると、空気の流れの一定の部分が有利に回避され、それにより、空気の流れの変化する振幅部分が音響生成において与えられる。

異なる動作段階が示されている図６及び関連する図７，図８，図９には、図３又は図４に係る装置１におけるボーダーラインケース、即ち、ダイヤフラム５を用いて一つの波列が形成されるケースが示されている。その場合、（図３に示されるような電極、又は、図４に示されるようなダイヤフラム５自体の「圧電素子」において）加えられた交流電位により、ダイヤフラム５は、例えば図６に見られるような略正弦波形状から始まって周期的に変形される。この場合、図７に示されるように、第１の段階では、図７の左側にあるダイヤフラム５の後側部分が下方へ引き付けられる一方で、ダイヤフラム５の中央部分が上方へ引き付けられ、その後、図８に見られるように、図面の右側にあるダイヤフラム５の前側部分が上方に引き付けられ、それにより、図６と比べて反対の位相にあるダイヤフラム５の位置が得られる。その後、左側、正確にはダイヤフラム５の後側が、再び上方へ引き付けられ、中央部分が下方に引き付けられる（図９参照）。図９に係る波５のこの形状は、図７に係るそれと反対の位相である。次に、図６に示される状態に再び達する。従って、ダイヤフラム５のこの動きは、例えば図３又は図４に係る長い波列と比べると、本質的には、固定された位相関係を有する高い割合の第２高調波を伴う振動へと減少される。

図３乃至図９に係る装置を用いても、少ない数の構成要素しか必要なくなり、また、有利なことに、ここでも、集積可能な半導体素子から総ての構成要素を製造することができる。ほぼ要求通りの小型化が可能であり、同様にモジュール構造も可能である。音束は、全体として、個々のモジュールの数に比例する。

また、媒体流が常に一方向に生成される場合、例えば図３及び図４における矢印２６，２６’にそれぞれ従って左から右へと媒体流が生成される場合には、均一な流れを得ることができ、それにより、ラウドスピーカの場合には、下限周波数が０Ｈｚになる。一方、この動作モードは、非常に迅速かつ正確に調整して計ることができる媒体ポンプを達成するために使用することができるとともに、一般的には特に空気やガスの移送に適しているが、基本的には液状媒体の移送にも適している。ここでも、同様に、デジタル起動信号が可能であり、振幅にわたる線形性（調和波が少ない）は、制御信号に応じた流量の線形性によってのみほぼ決まる。この場合、任意的には、必要に応じて、電子的な補償を簡単に行うことができる。原理が貫かれる限り、周波数に応じて生成される音源の音束は、同様に全周波数範囲にわたって一定であり、また、単位面積当たりの電力損失なくして、個々のモジュールからラウドスピーカを構成することができる。

例えば図４に係る圧電ダイヤフラムは、その個々の部分を絶縁した状態で、支持箔に加えられ又はダイヤフラムとして直接に使用することができる厚さが非常に薄い（最大で１μｍ）通常のＰＺＴ材料を形成することによっても設けることができる。

図１０は、パルス繰返し数が変化する比較的短いパルス３１を用いて、ダイヤフラム、例えば図１乃至図９に係るダイヤフラム５において変形即ち進行波をいかにして生成することができるかを概略図により示している。これらのパルス３１を用いてダイヤフラム５が変形されることにより、例えば空気塊（空気の体積）が前後に交互に移動され、その結果、パルス繰返し数よりも低い周波数を有する音響信号３２が生成される。可聴音範囲におけるこの音響信号３２と比べると、パルス３１は超音波周波数を有している。

そのようなパルス３１を生成するために、又は、むしろ一般には制御信号を生成するために、図１１においては、電圧−周波数変換器３３が使用される。電圧−周波数変換器３３の入力部には、図示しない増幅器又は同様の有用な信号回路からくる電気信号であって、所望の音響信号を反映する電気信号が供給される（又は、任意的には、媒体の体積を計るための制御信号が伝達される）。電圧−周波数変換器３３には、パルス生成器及びシフトレジスタを有する電極制御ユニット３５が接続されており、この電極制御ユニット３５は、ダイヤフラム５又は一般的には装置１を動作又は励起させる。

ダイヤフラム５の変形、特にその曲げに関する限りにおいて、図面の例示は、単なる概略的なものであって、やや誇張されているということについて言及しておかなければならない。実際には、ダイヤフラム５は、わずかな曲げ及び歪みを受ける。即ち、長さに対する高さの比は小さい。

ラウドスピーカの形態をなす媒体流生成装置の長手方向断面図を概略的に示しており、互いに対向して位置する二つのチャンバ壁に対するダイヤフラム手段の二つの端部位置が示されている。 図１と同様のラウドスピーカであるが、図１に対して変更された駆動手段を有するラウドスピーカの同等の長手方向断面図を示しており、動作中におけるダイヤフラム手段の中央位置がさらに示されている。 強制進行波の原理に基づくとともに、ラウドスピーカとしても、また、ポンプとしても使用できる媒体流を生成するための本発明の他の実施の形態を示している。 進行波ダイヤフラム手段を有する同様の装置であるが、変更された駆動手段を有する装置の同等の長手方向断面図を概略的に示している。 圧電材料層を有するダイヤフラム手段の概略部分図を示している。 図３及び図４に示される種類のさらなる装置であるが、一つの波列だけが形成されるダイヤフラム手段を有する装置を示しており、ダイヤフラム手段が経時的に異なる位置即ち異なる変形状態で示されている。 図３及び図４に示される種類のさらなる装置であるが、一つの波列だけが形成されるダイヤフラム手段を有する装置を示しており、ダイヤフラム手段が経時的に異なる位置即ち異なる変形状態で示されている。 図３及び図４に示される種類のさらなる装置であるが、一つの波列だけが形成されるダイヤフラム手段を有する装置を示しており、ダイヤフラム手段が経時的に異なる位置即ち異なる変形状態で示されている。 図３及び図４に示される種類のさらなる装置であるが、一つの波列だけが形成されるダイヤフラム手段を有する装置を示しており、ダイヤフラム手段が経時的に異なる位置即ち異なる変形状態で示されている。 図３又は図４に係る装置が例えばラウドスピーカとして構成されているときにダイヤフラム駆動手段に加えられる信号パルス及びその結果として得られる音響信号の図を示している。 （図１０に係る）そのような装置の制御のためのブロック図を示している。

Claims (23)

1. 媒体流を生成するための装置であって、前記装置はチャンバを備え、前記チャンバは、互いに対向して位置するチャンバ壁と、媒体流のための少なくとも一つの媒体開口とを備えるとともに、ダイヤフラム手段を備えており、前記ダイヤフラム手段は、媒体流を生成するように設けられて構成されており、前記ダイヤフラム手段は、前記装置の非動作状態において、前記チャンバ壁間にある前記チャンバ内に実質的に張力が加えられていない状態で配置されるとともに、前記ダイヤフラム手段には、前記ダイヤフラム手段を駆動して変形させるための電気的な駆動信号に応答する駆動手段が関連付けられており、前記駆動手段は、前記装置の動作状態において、前記ダイヤフラム手段を変形させるようになっており、この変形中において、前記ダイヤフラム手段は、機械的な内部張力を有していることを特徴とする装置。
2. 前記駆動手段は、互いに対向して位置する前記チャンバ壁上に配置された電極を備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記ダイヤフラム手段は、金属箔を備えていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記ダイヤフラム手段は、絶縁材料によって形成された箔を備えていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
5. 前記ダイヤフラム手段の少なくとも一部は、圧電材料からなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記ダイヤフラム手段は、電極を備えていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記ダイヤフラム手段は、互いに所定距離だけ離間して設けられる二つの端部領域を備え、それらの端部領域は、前記チャンバ内において固定されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記駆動手段は、電気機械駆動素子を有し、前記ダイヤフラム手段は、前記電気機械駆動素子に接続される端部を有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 前記チャンバは、略立方体状の構造をなすとともに、互いに対向して位置する二つの端壁を備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 前記チャンバは、互いに離間して設けられた少なくとも二つの媒体開口を備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 前記ダイヤフラム手段は、少なくとも略一定の厚さを有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
12. 前記ダイヤフラム手段は、二つの相対する端部領域が略立方体状の前記チャンバの端壁に対して固定されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
13. 前記駆動手段は、少なくとも予め決定できる周波数を有する変形を与えるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
14. 前記駆動手段は、前記ダイヤフラム上に進行波の形態をなす周期的な変形を与えるように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
15. 前記ダイヤフラム手段は、立方体状の前記チャンバの一端近傍のその一端領域が、互いに対向する前記チャンバ壁のうちの一方のチャンバ壁に対して固定されるとともに、前記チャンバの反対側の端部近傍の他端領域が、互いに対向する前記チャンバ壁のうちの他方のチャンバ壁に対して固定されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
16. 前記ダイヤフラム手段は、動作時において互いに対向して位置する前記チャンバ壁に対して略直角に延在する移行部を備えていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
17. 前記媒体開口は、前記チャンバの両端に設けられていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
18. 装置内において前記媒体流は、ガス媒体の流れであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
19. 生成される媒体流によって音を生成するべく設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
20. 媒体流のためのポンプ装置として設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
21. 装置内に複数の前記チャンバが設けられ、それらのチャンバは、一つのユニット内に配置されていることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の装置。
22. 前記ダイヤフラム手段及び／又は前記チャンバ壁は、絶縁層を有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
23. 前記ダイヤフラム手段及び／又は前記チャンバ壁は、構造化された面を有していることを特徴とする請求項２に記載の装置。

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