KR100686774B1 - 전기 활성장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주축(37) 주변에 나선형으로 만곡된 부축(36)을 따라 연장된 전기 활성 구조를 가진 전기 활성 소자와 관련된다. 전기 활성 구조는 상기 부축 주변에 연장하고 활성화 될때 부축(36)주변을 휘감도록 전극으로 배열되어진 연속적인 전기 활성 부분(35)으로 구성되며, 가령 연속적 부분의 휨은 부축(36)을 따라 점차적으로 증가하는 부축(36)주변의 전기 활성 구조의 회전과 동시에 일어난다. 전기 활성 구조는 부축이 만곡되어지는 국부 평면으로부터의 변위를 발생시킨다. 전기 활성 구조는 예를 들어 나선형의 나선을 형성하도록 나선형으로 부축(35) 주변에 만곡되고, 부축을 따라 연장되는 연속적 전기 활성 멤버(35)일 수 있다. 선택적으로, 전기 활성 구조는 상호 연결된 복수의 이산 소자(211)일 수 있다. 전기 활성 부분은 바람직하게는 복수의 층으로부터 형성되는 벤더구조를 가진다. 장치는 드라이버, 센서 또는 발전기로써 사용될 수 있다.
전기활성장치, 전기활성구조, 전기활성부분, 전기활성멤버, 벤더구조

Description

전기 활성 장치{ELECTRO-ACTIVE DEVICES}
본 발명은 전기 활성 장치 및 그 사용에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 전기 활성(예를 들면, 압전 및 압전 저항)장치의 새로운 구성과 관련되며, 어떤것은 통합적인 위치를 정하는것 및 제어 메커니즘을 가지고 있다. 전기 활성 장치는 전기기계 드라이버, 센서 또는 발전기로써 사용될 수 있다.
전기 활성 장치는 전기 활성 특성 -즉, 한 소자가 그 소자가 존재하는 적절한 전기적 조건의 변화에 응답하여 형상을 변화시키는 것- 을 나타내는 부품을 이용하는 것이다. 물론, 동등하게 그 소자는 형상 변화에 응답하여 전기 신호를 생성할 수 있다. 이러한 장치중에 가장 잘 알려지고, 가장 많이 발전한 것은 압전 장치이다. 그러나, (전기장에 적용하면 수축하는 물질로 만들어진)전기 일그러짐 장치 또는 압전저항장치(이 후자의 그룹은 형상을 변화시킴에 따라 그 전기저항이 변한다)를 포함하여, 수많은 다른 종류의 전기 활성 소자가 있다는 것이 이해되어질 것이다. 본 발명의 장치는 그러한 다른 종류의 전기 활성에 근거한 효과를 나타내는 소자를 가진 것들을 포함한다.
초기의 압전 장치는, 사실은 근래 사용하는 많은 것들도, 압전 물질의 단순한 블럭이었다. 만약 어떤 방향으로 압축된다면, 그것들은 관련된 방향으로 반대 면을 가로질러 전압을 생성한다; 만약, 선택적으로, 전압이 그것들을 가로질러 인가된다면, 그것들은 그 단위를 매우 조금 변화시킨다 - 통상적으로 마이크론(1×10-6m) 보다 훨씬 더 적은만큼.
이런 식으로 작동하는 장치들은 여러 분야에서 상당한 유용성이 발견되어왔다. 그러나, 전압을 사용하는 것이 단위에 있어서, 수 밀리미터의 차수인, 훨씬 많은 변화를 생성하기 위하여 바람직한 많은 경우가 있고, 반대의 경우도 마찬가지이다. 이를 얻고자 하는 시도는 "벤더(bender)"라고 알려진 일종의 장치에 집중되어왔다.
벤더는 압전 물질이 물리적으로 길게 연장된 그러나 비교적 얇은, 다소 자(ruler)와 같고 그 표면을 따라 관련된 전극을 가진, 바아 형태를 가진 압전장치의 구조이고, 이 작동바아는 표면과 표면이 (그 자체가 압전 물질이거나 비-압전물질일 수 있는)바의 형태에 있는 하층에 고정되어 붙어있다.
예를 들어, 도 1 및 도 2는 알려진 압전 단일형태 벤더를 도시한다. 벤더는 비활성의 비-압전 물질(2)(무늬없이 도시)로 된 평평하고 단일한 층에 접하여 결합된 활성 압전 물질(1)(해칭되어 도시)로 된 똑같이 평평하고 단일한 층을 포함한다.
적절한 전기장이 알맞게 배열된 전극[비도시, 그러나 압전층(1)의 어느 한쪽의 주된 면에만]에 의하여 압전층을 가로질러 인가될 때, 층(1)의 크기는 변한다. 특히, 층은 매우 조금씩 늘어난다. 하층 바아는 방해받지 않은 채로 남겨지고 그래서 그 길이는 변하지 않거나, 아마 반대의 방향으로 즉, 이중형태로 변하게 된다. 불변하는 비활성 층(2)에 의하여 그 위에 위치된 제한과 결합하여, 압전 물질의 확장은 도 2에 도시한 바와 같이 바의 평면에 수직방향으로 전체 바의 현저한 휨을 일으킨다. 바의 한쪽 끝에 비해 다른쪽 끝의 움직임은 비록 길이변화는 작지만 현저할 수 있다:이는 몇배의 길이변화일 수 있다. 예를 들면, 5cm길이의 양면 바 구조를 이용하여, 소량의 마이크론의 길이변화는 0.1mm까지의 선단 이동으로써 나타나거나, 수백배의 길이변화만큼으로 나타날 수 있다. 그러나, 변위의 경로는선형이지 않은데, 장치의 선단이 공간에 있어서 만곡된 경로를 따르기 때문이다.
이미 기술된 것 처럼, 활성화에 있어서 평면 벤더는 만곡의 반경과 벤더의 끝 부분에 의하여 대응되는 각에 의하여 기술될 수 있는 곡선을 형성하며 휜다. 한쪽 부분은 늘어나고 다른 부분은 축소하기 때문에, 이중형태 벤더의 평균길이는 변하지 않으며, 중성축을 불활성 상태에서와 동일한 길이인 벤더의 중앙부분을 따라서 남겨둔다. 만곡된 벤더는 또한 알려져 있으며, '무지개'로써 알려진 형태에 의하여 전형화 된다. 그것들은 장치의 두께가 방사형이 되도록 성형되며, 벤더 테이프는 폭 방향과 평행한 축 주변에 만곡된다. 그러한 만곡된 벤더는 또한 활성화상태에서 휜다. 곡선은 더 타이트하게 되며, 이는 더 작은 만곡반경에 해당하며, 반면 대응되는 각은 증가한다. 게다가, 만약 그러한 만곡된 벤더의 만곡이 원형이라면(즉, 만곡된 벤더가 원 또는 원의 호의 형태라면), 활성화 상태에서 휘어서 더작은 반경의 더 큰 원호가 된다. 방사형의 변화는 작고(밀리미터 또는 센티미터의 만곡반경에 대하여 마이크론), 벤더 길이에 독립적이다. 각변화는 그러나, 벤더 길이가 증가함에 따라 증가하며, 매우 현저할 수 있다. 그러므로, 만약 벤더의 한쪽 끝이 고정된다면, 다른 쪽 끝의 표면적 행동은 주로 회전이다. 반경 몇 센티미터의 원형 벤더에 대하여, 이 회전은 대략 1도 정도일 것이다.
이 원형 기하구조의 연장에 있어서, 나선 벤더도 알려져 있다. 이에 있어서, 벤더는 나선의 모양이며, 다소 실린더를 따라서 그리고 실린더 주변에 감겨진 일련의 페이퍼 플랫(테이프 감긴 나선)을 닮았다. 원형 기하구조 벤더에 있어서, 작은 반경의 변화가 있고, 테이프 길이에 독립적이다. 그리고 또한 원형 기하구조 벤더에 있어서, 나선의 경우와 함께 나선축 주변에 회전변위가 존재하나, 나선을 가지면 끝부분의 상대변위는 원형 경로가 아니라 나선경로를 따른다. 그러므로 또한 나선의 축길이에 작은 변화가 있고, 나선 위치 각에 종속한다. 회전량 그러므로 축길이 변화는 벤더길이와 함께 증가하며, 긴 테이프 감긴 나선에 있어서의 매우 현저한 회전 및 각 변위로 귀결된다. 예를 들면, 대략 1cm의 반경, 수 센티미터의 축길이, 그리고 폭이 수 밀리미터이고 수회 나선감김의 벤더 테이프를 가진 나선에 있어서, 방사형의 변화는 마이크론의 차수인 반면 축길이 변화는 대략 1mm이고 회전은 수 도(degree)일 수 있다.
장치의 치수 및/또는 무게에 비해 큰 변위를 허용하는 형태를 가지는 전기 활성 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
공간에서 선형인 변위를 제공하거나 장치의 디자인에 의하여 선택가능한 경로를 따를 수 있는 형태를 가진 전기 활성 장치를 제공하는 것이 더욱 더 바람직할 것이다.
본 발명에 따라, 전체 만곡도가 적어도 30。인, 만곡된 부축(minor axis)을 따라 연장하는 전기 활성 구조를 가지며, 그 전기 활성 구조는 상기 부축 주변에 연장하며 활성화 될때 부축(36)주변을 휘감도록 전극으로 배열되어진 연속적인 전기 활성 부분(35)으로 구성되며, 가령 연속적 부분의 휨은 부축(36)을 따라 점차적으로 증가하는 부축(36)주변의 전기 활성 구조의 회전과 동시에 일어나는 전기 활성 장치가 제공된다.
그러한 활성화 된 전기 활성 장치는 곡선의 평면으로부터 변위된다. 기계적 활성화에 있어서, 변위는 전극상의 전기신호를 생성하며, 전기적 활성화에 있어서는 그 반대이다. 전기 활성 구조의 변위는 구조의 회전과 동시에 발생하며 다음과 같이 이해될 수 있다.
변위는 (a)부축 주변 구조의 회전과 (b)그 구조가 연장하는 부축의 곡선[참조의 편리를 위하여, 이하 주곡선(major curve)으로 불린다]으로부터 얻는다.
회전은 다음과 같이 발생한다. 연속적 전기 활성 부분은 부축 둘레를 휘감기 때문에, 각 부분의 휨은 상대적으로 부축 둘레의 주변 부분을 회전한다. 이런 방법으로 전기 활성 부분의 휨은 전체로써 부축 둘레에서 그 구조의 회전으로 변환된다. 회전은 부축의 길이를 따라서 점진적으로 증가한다. 따라서 그 구조의 끝부분들 사이에 순수한 상대적 회전이 존재한다. 전기적으로 활성화될 때 전극에 인가된 전기 신호가 그러한 회전을 일으킨다. 작동의 역모드에 있어서, 기계적으로 활성화 될 때, 그러한 회전은 전극상에 전기적 신호를 발생시킨다.
이제 부축을 따라서 구조의 작은 구간(section)을 고려하자. 상기한 바와 같이, 구간 내에 있는 부분(portion)의 휨은 부축 주변의 구간 내에 있는 구조(structure)의 회전을 일으킨다. 구간은 만곡된다. 일반적인 점으로써, 만곡된 물체의 내부 회전은 그 곡선의 평면으로부터 물체의 이동을 생성한다는 것이 이해될 수 있다. 현 구조에 있어, 부축 주변에 있는 개별적 구간내의 회전은 구간이 곡선의 평면으로부터 이동하도록 일으킨다. 이는 그러한 인접한 구간은 곡선에 기인하여 주어진 구간으로 미세한 각도에서 연장하기 때문에, 인접한 구간을 변위시키는 주어진 구간에 있어서의 회전으로써 시각화될 수 있다. 이는 곡선의 평면으로부터 방향을 따라 그 구간의 연장 또는 축소에 해당한다. 이는 또한 구간의 원점에 있어서의 변화, 즉 곡선의 평면에 있는 원점으로부터 곡선의 평면에 대한 각도에 있는 원점으로, 에 해당한다.
전기 활성 시에, 순 변위는 전기-활성 구조의 모든 섹션의 변위의 총합이다. 반대로, 기구적인 활성화 시에 역 모드의 조작에서는, 구조의 전체 변위가 구조의 부축을 따라서 이루어지는 회전을 생성한다. 일 모드의 조작에서는, 전기적 활성이 구조의 평면 밖으로의 변위(out-of-plane displacement)를 발생하는 구조의 회전을 발생하며, 반대로, 역 모드의 조작에서는 평면 밖으로의 변위에 의한 기구적 활성이 전극에 전기적 신호를 발생하는 구조의 회전을 발생한다.
상기 변위는 부축이 기하형상된 주축의 둘레를 따라서 규칙적인 곡선으로 곡선지는 것을 가장 용이하게 그려볼 수 있게 한다. 상기 주 곡선은 나선, 나사형, 또는 원의 원호형 으로 이루어진다. 각각의 섹션의 회전은 주축을 따라서 상기 섹션의 단부의 상대적 변위가 이루어지게 한다. 따라서, 전체 변위는 주축에 대한 평행한 구조의 팽창 또는 수축인 것이다. 그리고, 주 곡선이 임의적 형태일 수 있도록, 변위는 임의적 곡선으로 이루어진다. 활성화상태에서 현저한 효과를 달성하기 위해서는, 주 곡선은 전체 만곡도가 적어도 30。, 가장 바람직하게는 적어도 90。이어야 한다.
상기 전기-활성 장치는 공지된 장치와 대비되는 대 변위를 제공할 수 있다. 상당한 전체 회전이 부축의 길이를 따라서 달성됨으로서, 대응적인 대 변위가 주축을 따라서 달성된다. 연장량은 장치의 전체 길이와 크기에 대한 비율로 있다. 따라서, 장치를 적절한 크기로 하여 공지된 벤더로 달성할 수 있는 수준을 넘는 큰 변위를 달성할 수 있는 것이다.
실질적으로, 본 발명에 따르는 전기-활성 구조의 변위는 상당한 주의를 끌어서 주목되는 것이다. 밀리미터 또는 센티미터의 변위를 달성할 수 있으며, 그 예를 들면, 30mm직경의 원의 약3/4의 세그먼트인 주 커브 둘레를 부 나선 자신이 만곡하는 부축 둘레에 4mm직경 부 나선으로 감겨진 0.5mm의 두터운 테이프로부터 형성된 구조가 주목을 받아 약±6mm의 변위를 생성한다. 유사하게, 주 곡선이 직경 30mm인 20권수 나선의 구조는 둘레±120mm의 변위를 생성한다.부축 둘레에 구조의 회전은 거의 시각성이 없지만, 순 효과는 상당한 변위 이다.
변위는 전기-활성 구조를 적절하게 설계하여 제어할 수 있다. 예를 들면, 부축의 길이를 따라 이루어진 규칙적 구조는 공간에서 선형적인 변위를 제공한다. 이러한 사실은 많은 적용에서 매우 바람직한 것이다. 대조적으로, 비-선형 주축 둘레에 곡선에 대한 장치의 모양 및/또는 부축의 길이를 따라 이루어진 구조의 변경으로, 변위 경로를 제어할 수 있다.
부축 또는 주 곡선을 따라서 이루어진 어느 하나 또는 양쪽의 구조가 규칙적 이지 않은 일반적인 경우에서는, 활성 시에 면-이탈 변위가 일반적으로 비-선형이다. 따라서, 원하는 통로를 따르거나 임의의 원하는 방향으로의 대 변위가 세심한 기하형상의 선택으로 획득된다.
만일, 전기-활성 재료가 선형 필드-변형 특성을 가지는 것으로 사용되면, 상기 장치는 선형 필드-변위 응답을 가진다.
양호하게, 전기-활성 부분은, 적어도 하나는 전기-활성 재료로 이루어진, 복수의 전기-활성 층으로 형성된 벤더(bender) 구조를 가진다. 타 층은 단일형태 구조를 형성하도록 비-활성이거나, 또는 이중형태 또는 다중형태 구조를 형성하도록 전기-활성인 것이다. 상기 층에는 층의 활성을 위해 배열된 전극이 설치된다. 일반적으로, 상기 층은 부축에 대하여 연속적 반경방향 위치로 있어서, 활성 시에 구브림 동작이 부축 둘레에서 발생한다. 상기 벤더 구조는, 순회전과 그에 따른 주어진 적용 전압용 변위를 최대로 하는 부축 주위를 에워싸는 큰 구브림을 창출한다. 상기 구조는 유순하고 모든 전기-활성 재료를 충분하게 활용할 수 있으므로, 주어진 장치의 크기에 적합한 대 변위를 생성한다.
전기-활성 구조용의 양호한 형태는 부축 주위를 따라서 연장되어 곡선지는 테이프와 같은 연속성 전기-활성 멤버 이다. 이러한 전기-활성 구조의 형태는 특히 용이하게 제작된다. 예를 들면, 변형가능한, 연속성 전기-활성 멤버를 상기 구조에 감아서 형성한다.
양호하게, 연속성 전기-활성 멤버는 부축 둘레를 나선으로 연장되어, 형성을 용이하게 하고 변위에 대해 역으로 굽어지는 또는 그 반대로 굽어지는 장치의 효율 을 최대로 한다. 나선으로 이루어져서, 부축의 길이를 따라서 규칙적인 구조를 형성하거나 또는, 장치의 이동을 부분 수정하도록 부축의 길이를 따라 이루어지는 변경을 도입하기가 용이하다. 일반적으로, 많은 모양이 부축 둘레에 필요한 회전을 제공하며, 권선 전환부의 모양, 직경 및 이격동작을 변경할 수 있다.(이러한 경우에 '축'용어는 권선의 육안으로 보아 대략 중앙선으로 참고되며; 곡률의 로칼 축과 곡률의 반경은 부축을 따라서 변한다.)
나선형 테이프 또는 다른 연속성 멤버로 형성되면 장치의 조작을 용이하게 그려볼 수도 있다. 이러한 경우에, 테이프의 벤딩은 명확하게 부축 둘레를 전체적으로 구조의 회전을 일으킨다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 주축 둘레에 주 커브를 고려하면, 회전에 의해 발생되는 타 단부에 대한 나선형 테이프의 일 단부의 변위를 용이하게 그려볼 수 있다. 예를 들면, 부 커브가 수평적으로 배열된 원의 원호 또는 원형으로 연장하는 곳에서, 만일 일 단부가 고정되었으면, 다음, 오류 감지 활성 시에, 타 단부는 자유 단부를 향하는 방향으로 점진적으로 상승하는 수직 변위량이 그 사이에 모든 지점에서 행해지는 바에 따라서 수직적으로 상승한다. 여기에는 부축의 방향을 변경하여 상기 구조가 분명하게 그를 따라서 연장되는 부축의 측방향 변위가 있다. 그리고, 본 발명의 범위 내에 다른 구조가 유사한 작용을 발생할 것임을 예견할 수 있을 것이다.
전기-활성 구조의 대체적 형태는 복수의 함께 접속된 이산 전기-활성 소자 이다. 이산 소자는 분리 접속 소자에 의해 분리적으로 형성되어 접속된다. 이러한 사실은 장치의 기구적 반응이 접속 소자의 형태와 재료의 적절한 선택으로 제어될 수 있기 때문에 특별한 이득인 것이다. 이러한 사실은 소망하는 기구적 반응이 전기-활성 재료의 선택을 규제하지 않음을 의미한다.
선택적으로, 소자와 접속부분이 단일의 연장된 멤버로 형성된다.
본 발명에 따르는 장치는 폭넓게 사용된다. 주축을 따르는 상대적 이동으로 전기-활성 장치의 전극에 가해지는 신호를 변환하는 드라이버로 사용할 수 있다. 만일 일 단부가 고정되고 타 단부가 자유롭게 장착되면, 활성 시에 자유 단부의 대 변위를 초래한다. 만일 기구적 부하가 일 단부에 가해지면, 활성은 힘이 상기 기구적 부하에 대한 작용를 발생하게 하여, 선형 작동기를 형성한다. 만일, 제로가 아닌 운영 전압으로 전기적 활성에 따라서, 단자가 개방-회로가 된다면, 장치는 압전기 구조의 내부 누수 전기로 정해지는 현저한 시간 동안 출력(기구적 로드가 정적이라면)을 유지한다. 상기 장치는, 전기적으로 활성되지 않는 다면, 탄성 코일-스프링과 같은 기구적 동작을 한다.
전기-활성 재료의 역 모드 조작에서는 장치가 센서로서 사용되어 전기-활성 장치의 전극에 신호로 주축을 따르는 상대적 이동을 전환한다. 만일, 단자가 하이-임피던스 전기 디텍터 또는 측정 회로에 접속되고, 그리고 장치가 외부 축힘을 받게되면, 상기 힘에 의해 발생되는 장치의 축 수축 또는 팽창에 대해 비례적인 측정가능한 출력 전압을 생성한다. 상기 장치는 힘 센서, 또는 변위 센서로서 사용될 수 있다.
유사하게, 상기 장치는 발전기로서 사용되어 전기-활성 장치의 전극에 전압으로 상대적 이동을 변환한다.
주축과 부축은 가상축이지만 장치를 가시적으로 한정하는데 유용한 것이다. 규칙적 기하형상에서, 상기 축은 곡률 또는 대칭의 기하형상 축이지만 일반적으로, 이들은 구조가 축에 대해 연장되는 임의적인 축이다.
본 발명의 실시예는 이제 첨부하는 도면을 참조하여 비제한적인 예제의 방법으로 기술된다.
도 1 및 2는 단순한, 알려진 바와 같은 압전 벤더구조의 일면으로부터의 투시도;
도 3은 이중형태 구조를 가진 전기 활성 부분의 투시도;
도 4는 나선으로 연장하는 연속적인 전기 활성 멤버의 측면도;
도 5 및 6은 길이를 따라서 꼬인 연속적인 전기 활성 멤버의 측면도 ;
도 7 및 8은 길이를 따라 변하는 폭을 가진 연속적인 전기 활성 멤버의 도시;
도 9 내지 13은 길이에 따라 변하는 두께를 가진 연속적인 전기 활성 멤버의 도시;
도 14는 이산 소자 구조의 부분 투시도;
도 15는 이산 소자 구조의 부분 측면도;
도 16은 선택적 연결 구성을 가진 이산 소자 구조의 부분 투시도;
도 17은 상이한 쇄교 구간을 가지는 이산 소자 구조의 투시도;
도 18 내지 20은 소자 연결의 세가지 상이한 형태의 도시;
도 21은 만곡된 전기 활성 부분 및 선택적 연결 위치를 가진 제4 이산 소자 구조의 부분도시;
도 22 내지 25는 단일 멤버로써 이산 소자 구조의 제작방법의 도시;
도 26 내지 27은 각각 주곡선이 1 권수의 나선인 연속적 멤버로부터 형성된 구조의 말단도 및 측면도;
도 28은 주 곡선이 수회의 권수를 가진 나선인 연속적 멤버로부터 형성된 구조의 측면도;
도 29A 및 29B는 주 곡선이 원형 나선인 전기 활성 구조의 도시;
도 30A 내지 30C는 주곡선이 나선인 전기 활성 구조의 도시;
도 31은 연장된 상태에 있는 도 30의 구조의 도시;
도 32A 및 32B는 주곡선이 원뿔형 나선인 전기 활성 구조의 도시;
도 33A 및 33B는 주곡선이 이중 나선인 전기 활성 구조의 도시;
도 34는 연장된 상태에 있는 도 33의 구조의 도시;
도 35A 및 35C는 주곡선이 원호인 전기 활성 구조의 도시;
도 36 내지 38은 주곡선이 사인 곡선인 전기 활성 구조의 도시;
도 39 및 40은 주곡선이 사이에 예각을 가진 두개의 곧은 암인 전기 활성 구조의 도시;
도 41은 주곡선이 경사로 변하는 나선인 전기 활성 구조의 도시;
도 42 내지 44는 두개의 전기 활성 멤버로부터 형성되는 구조의 도시;
도 45 및 46은 각각 분리전극이 있거나 없는 전기 활성 멤버의 투시도;
도 47 내지 50은 분리된 전극을 가진 구간이 있는 상이한 전기 활성 구조의 도시;
도 51A 내지 51D는 통상적으로 연결된 갈마드는 구간을 가지며, 분리된 전극을 가진 구간이 있는 전기 활성 구조의 도시;
도 52 및 53은 디지털 작동기로써 사용하기에 적절한 분리된 전극을 가진 구간이 있는 상이한 전기 활성 구조의 도시;
도 54 내지 57은 지지대 이동용 장치;
도 58은 전기 활성 장치를 채용한 스피커의 단면도;
도 59는 전기 활성 장치를 채용한 레이저 촛점 렌즈 측위 장치의 단면도;

전기 활성 물질
본 발명은 더큰 장치의 소자가 될 수 있고, 전기 활성 구조를 가진 장치를 제공한다. 전기 활성 구조는 전기적 활성 상태에서 전기적 조건(예를들면, 전기장)에 있어서의 변화가 치수의 변화를 생성하거나, 반대로 기계적 활성 상태에서 치수 변화가 전기적 신호를 생성하는 전기 활성 물질을 가진다.
본 발명 장치의 전기 활성 물질은, 예를 들면, 압전 또는 압전 저항 물질일 수 있다. 압전물질을 교차하는 전기장의 적용에 있어서, 이것은 전기장에 수직으로 (전기적 물질처럼 같거나 반대방향으로 모이는가에 의존하여)확대되거나 축소된 다. 전기왜곡 물질을 교차하는 전기장의 적용에 있어서, 이것은 전기장에 수직으로 축소된다. 전기장은 편리하게도 전기 활성 물질의 어느 한쪽 측면에 있는 전극에 전압을 경유하여 인가될 수 있으며, 바람직하게는 양쪽면에 적용된다.
추가적으로, 전기 활성 물질은 물질이 확대되거나 축소될 때, 즉 변형될 때, 전기저항이 변하는 압전저항 물질일 수 있다. 이런 압전저항의 경우에, 이 물질로 구성된 층의 저항의 변화는 검측이 가능하다; 이는 위치센서, 또는, 추가적 조작에 의해서, 힘, 속도 또는 가속도 센서를 제공하는 장치의 위치를 결정하기 위하여 채택될 수 있다. 압전저항 층은 면 전극을 요하지 않으나, 그 끝부분에서 외부 전기회로에 연결된다.
전기 활성 부분은 바람직하게는 적어도 그중 하나는 전기 활성 물질인 복수층의 벤더구조를 가진다. 이러한 형태의 구조를 평면 벤더라고 한다. 전기 활성 벤더구조는 많은 층을 가질 수 있다. 비활성 세라믹 또는 플라스틱과 같은 비활성 층과 함께 하나의 전기 활성 층을 포함하는 구조를 단일형태라고 한다. 활성화 상태에서, 활성 층의 확대 또는 축소는 장치가 휘도록 하는데, 이는 비활성 층에 부착된 면이 속박되기 때문이다. 상반되게 활성화 되도록 배열된 두개의 전기 활성 층을 포함하는 구조를 이중형태라고 한다. 활성화 상태에서, 한 층은 확대되고 나머지는 축소되며, 각 층의 부착된 면이 서로에 의해 속박되기 때문에 구조를 휘게 한다. 물론, 다중층 구조는 두개의 활성층 이상을 가질 수 있는데, 이는 '다중형태'로 알려져 있고, 불활성 물질의 복수개의 층을 포함할 수 있다.
층들은 활성화를 위하여 전극과 함께 제공된다. 전극의 위치시킴은 활성 층 의 특성과 목적에 의존한다. 압전 장치의 경우에 전극은 주어진 층의 상반된 측면에 배열 되고, 층의 전체 길이를 따라서 연장하는 전도성 활성 전극을 포함한다. 전형적으로 활성 전극들은 그것들이 활성화 하는 층의 표면상에 직접적으로 형성되나, 어떤 정렬에 있어서는 다른 층들이 사이에 끼어들 수 있다. 어떤 활성화 전극은 하나의 층 이상을 활성화 시키기 위하여 사용될 수 있다. 한쌍의 활성화 전극들을 가로지르는 전압은 그들 사이에 있는 층을 확대되거나 축소되게 할 수 있다. 예를 들면 올바르게 확대되거나 축소되도록 적절한 유극을 가지고, 전극을 위치시키는 것과 전기 활성층을 형성함은 알려진 평면벤더에 대한 것과 같으므로 상세하게 기술되지 않는다.
예로써, 도 3은 이중형태 구조를 가지며 전기 활성 물질의 두 층(11, 12)을 포함하는 전기 활성 부분(10)을 도시한다. 세개의 활성화 전극(13, 14, 15)은 층(11, 12)의 표면상에 제공된다. 특히 공통 전극(13)은 층들(11,12) 사이에 제공되며 양 층(11, 12)에 대하여 공통 활성화 전극으로써 작용한다. 다른 전극들(14, 15)은 그 각각의 층(11, 12)에 대하여 활성화 전극으로써 작용하도록 두개의 층(11, 12)의 각각의 반대 면에 각각 제공된다. 이중형태로써 작용하도록, 유극전압을 전극(13, 14, 15)에 인가하므로써 층(11, 12)은 상반된 방향으로 유극되어질 수 있다. 그 경우에 활성화 전압이 같은 방향으로 인가되거나 전개된다. 선택적으로 층(11, 12)은 같은 방향으로 유극될 수 있는데, 그런 경우에 활성화 전압은 상반된 방향으로 인가되거나 전개된다. 활성화에 있어서, 두개의 층(11, 12)은 전기 활성 부분(10)의 길이를 따라서 반대로 확대되거나 축소되며 전기 활성 부분은 [화살표(17)에 의하여 도시되어진 방향인]수직으로 휜다.
장치의 활성층이 구성되는 물질은 여러 종류의 위에서 논의된 전기 활성 물질, 또는 실로 다른 어떤 적절한 전기 활성물질 또는 다른 물질들의 조합일 수 있으나, 바람직하게는 관련된 전극을 가진 압전 물질로 구성되는 것이다. 만약 선형계 변형 특성을 가진 전기 활성 물질이 사용된다면, 그 장치는 선형계 변위 응답을 가질 것이다. 이하의 것들 중 많은 것에서, 압전 물질을 사용하는 장치가 기술되나, 해당 장치는 다른 전기 활성 물질로 제조될 수 있다.
압전 물질은 어떤 적절한 물질일 수 있다. 가령 압전 물질로서 리드 지르코네이트 티타네이트(lead zyrconate titanate; PZT)와 같은 압전 세라믹재, 또는 다른 압전 물질, 예컨대 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride: PDDF)와 같은 중합체가 만족할 만하다.
하나 또는 그 이상의 전기 활성 층뿐 아니라, 구조는 벤더의 단일형태에서처럼 "벤더"의 휨 특성에 영향을 줄 수 있는, 가령 불활성 세라믹과 같은 불활성 층을 포함할 수도 있다. 유사한 비활성 층이 변위를 희생하여, 휨특성을 수정하고 강도, 그러므로 힘 능력을 더하면서 다중층 장치에 합체될 수 있다.
높은 힘, 낮은 변위 장치는 작동기 및 장치가 간과할 수 없는 질량을 갖는 다른 소자를 이동시키기 위하여 요구되는 위치지정장치로써 사용될 수 있다. 비활성 층의 포함은 또한 주파수 응답의 테일러링을 특정한 응용에 허용하며 장치의 공진 주파수를 수정하며, 또한 댐핑 효과를 제공하기 위하여 선택될 수 있다. 테일러링된 공진 주파수는 빠르게 움직이는 교환장치, 가령 스피커, 디스크 드라이브, 광 추적 기계에서 중요하다. 중합체물질 또는 탄성체물질과 같은 외부 물질이 조작 또는 작동중에 장치에 상해를 방어하기 위하여, 또는 아마 장치의 댐핑 특성의 어떤 수정을 제공하기 위하여 보호 및/또는 충격 흡수층으로써 적용될 수 있다. 외부 물질은 적층된 전기 활성 구조내에 추가적 층으로써 또는 설정후에 물질에 장치를 삽입하기 위하여 주조된 물질내에 장치를 담그는 것에 의하여 적용될 수 있다.
적층된 벤더 구조는 간편함을 위하여 그리고 제조의 편의를 위하여 바람직한 반면, 전기 활성 구조는 활성화 상태에서 부축 둘레로 휘게 하는 다른 형태 및 구조를 취할 수 있다.
연속적인 멤버로부터 형성된 실시예
바람직한 형태로, 전기 활성 구조는 가령 연장된 테이프같은 연속된 전기 활성 멤버로부터 형성된다. 적층된 구조가 사용되는 경우에, 층에 평행한 멤버를 가로지르는 멤버의 크기(이하 폭) 및 층을 가로지르는 멤버의 크기(이하 두께)는 절대 및 상대항 양쪽에 있어서 임의의 크기 일 수 있다. 예를 들면 폭이 두께에 비해서, 가령 5에서 10배 또는 그이상, 상대적으로 클 수 있다. 대조적으로, 폭은 두께에 비하여 매우 좁거나 두께보다 작을 수 있다. 일반적으로 두께는 구조에서 사용되는 층의 수 및 두께에 종속하며, 폭은 충분한 크기 및 휘는 힘을 멤버에 제공하기 위하여 독립적으로 선택될 수 있다.
다음에, 연속적 전기 활성 멤버가 부축 둘레에 배열되는 방법이 기술된다. 연속적 전기 활성 멤버는 부축을 따라서 연장하고, 그러므로 곡선은 부축 둘레에 연장한다. 연속적 전기 활성 멤버는 부축 둘레를 휘감도록 정렬된다. 그러므로 인접한 연속적 멤버의 제한된 부분이 부축 둘레에 연장하고 휘는 연속적 전기 활성 부분을 구성한다.
적층된 구성으로, 부축으로부터 연속된 방사선 거리에 위치하는 층들은 부축을 마주보며, 그 길이를 따라서 확장하거나 축소하도록 유극되어 휨이 부축 둘레에서 발생한다. 그러므로 어떤 주어진 층에 대하여 활성화 전극은 주어진 층의 반대측면에 방사형으로 이격될 것이다.
부축 둘레의 연속 멤버의 선은 참조의 편리를 위하여 부 곡선으로 불려질 수 있다. 바람직하게는, 연속적 전기 활성 멤버는 부축을 따라 둘레에 연장하는 나선의 형태이다. 나선의 경우에 부축 둘레의 멤버의 휨이 나선의 권수의 수축 및 이완에 의하여 부축 둘레 멤버의 회전을 생성하는 것은 명백하다. 이는 "면을 휘감는" 또는 "테이프를 휘감는" 형태로써 기술될 수 있다. 예를 들면, 도 4는 부축(24)을 따라서 연장하는 나선형 전기 활성 구조를 형성하도록 나선으로 부축(24) 둘레에 연장하는 평평한 이중층 테이프(21)를 도식적으로 보여준다.
부축 둘레에 최대의 회전각도를 얻기 위하여 연속적 전기 활성 멤버의 층은 멤버의 폭을 가로질러 층이 부축에 평행하게 연장하도록 방향지워진다. 다시말해서, 부축의 방사형으로 취해진 단면에서 보면, 층들은 부축에 평행하게 연장한다. 도 4에 도시된 테이프는 이러한 배향이다. 이 배향에 있어서 모든 휨은 부축 둘레에 있는데, 즉 휨 이동은 모두 부축에 방사형이다. 어떤 소자의 휨도 부축과 나란하지 않다. 그러므로 모든 휨은 부축 둘레 멤버의 회전쪽으로 기여하며, 이에 의하여 회전을 최대화한다.
단일 형태에 대하여는, 규칙적 나선이 사용된다. 그러나, 나선에 있어서 불규칙한 것에 잇점이 있다. 예를 들면, 이것은 그 길이를 따라서 직경이나 경사도에 있어서 (빠져나온 나선형 처럼, 또는 어떤 부분에 있어서 더 길게 당겨진 나선 처럼; 이는 상기와 같이 더강한, 더 단단한 부분 및 더 가벼운, 더 가냘픈, 더 빠르게 작동하는 부분으로 될 수 있다) 변할수 있고/있거나 원형이 아닐 수 있다(나선을 타원으로 만들며, 즉, 맞추어진 방향의 움직임을 가능하게 하면서, 변위 방향에 영향을 줄 것이다). 게다가, 이것은 부드럽게 감겨지지 않을 수 있으나, 대신에 각지게 또는 "들쭉날쭉하게" 모서리, 층에서 층으로 도달하는 계단과 같은 것 사이의 직선 전기 활성 소자를 가지며 감겨질 수 있다. 그러한 각지게 감아올림은 더 큰 길이의 물질을 동일한 공간에 넣어지도록 허용할 것이다.
연속적인 전기 활성 멤버는 나선이 아닌 기하구조 형태를 가질수 있는데, 사실 멤버의 일부 또는 전부가 부축 둘레를 휘감아서 부축 둘레에 전체로써 구조의 회전을 일으키는 어떤 다른 기하구조 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 연속적 멤버는 감기는 것이 아니라 그 길이방향을 따라서 꼬인 형태를 가진 테이프일 수 있다. 이는 성형되는 것으로써 시각화 될 수있는데, 즉 실제로 테이프를 "팽팽하게" 유지하면서 그 긴 테이프의 한쪽 끝을 잡고, 테이프의 축(62) 둘레로 다른쪽 끝을 회전시킴으로써 꼬인 테이프를 만들도록 성형할 수 있다. 예를 들면, 도 5 및 6이 축(62) 둘레에 그러한 형태로 성형된 전기 활성 테이프(61)를 도시한다. 도 5는 비활성 형태를 도시한다. 이 형태에 있어서, 테이프의 테두리는 중앙 축 둘레를 감는 나선을 기술하는 반면, 테이프의 중앙 선(긴 축)은 중앙, 즉 축상에, 꼬인 테이프의 전체 길이를 따라서 남아있다. 도 6은 활성 형태를 도시한다. 꼬인 테이프가 이미 기술된 것 처럼 압전 벤더일 때, 활성화는 테이프가 모든 점에서 중앙 축으로부터 움직여 나오도록 휘게 하는데, 다시 말해 중앙선은 이제 긴 축 둘레의 나선 경로를 따르고 테이프 테두리는 비활성 상태의 것보다 더 큰 직경의 나선경로를 따른다. 그러한 꼬인 테이프는 나선형으로 감긴 테이프보다 제조하기에 더 쉬울 수 있다.
구조를 따라서 단일형태 특성을 얻기 위해서, 전기 활성 멤버는 그 길이를 따라서 모두 동일한 구성, 층수, 단면적을 가지고 성형될 수 있다. 그러나, 어떤 사용에 있어서 어떤 다른 단면, 즉, 통모양의 또는 허리가 잘룩한 단면을 가지는 것 및/또는 테이프의 길이를 따라서 층의 수 및 형태, 그들의 구성, 또는 폭 및 두께에 있어서의 변화를 도입하는 것이 유용하다는 것을 입증할 수 있다.
구조의 길이를 따라서 층의 수 및 형태 그리고 구성을 변경시키는 것은 기계적 특성에 있어서의 변화와 함께, 길이방향을 따라 활성에 있어서의 변화를 일으킨다. 마찬가지로, 두께 또는 폭에 있어서의 변경은 활성 및 강도를 변화시킨다. 예를 들면, 도 7 및 8은 길이를 따라서 폭이 변하는 벤더 테이프(71)을 도시한다. 도 7은 개념적으로 감기지 않은 테이프(71)를 도시하는 반면, 도 8은 부축(75) 둘레에 일정한 경사도를 가진 나선으로 연장하는 그러한 테이프(71)를 도시한다. 장치의 기저(73)에서의 테이프 폭은 넓은 반면, 꼭대기(74)에서는 테이프가 좁다.
도 9 내지 13은 길이에 따라 두께가 변하는 벤더테이프(91)의 사용을 도시한다. 도 9는 개념적으로 감기지 않은 테이프(91)를 나타내며, 도 10은 부축(95) 둘레에 나선으로 연장하는 테이프(91)을 나타낸다. 도 11은 나선의 선단(93)에서의 바닥 평면도를 나타내며, 도 12는 나선의 기저(94)에서의 정점 평면도를 나타낸다. 수직 단면은 도 13에서 테이프 폭에서의 변화를 나타내며 도시된다. 그러한 정열에 있어서, 부가적 전극(비도시)이 테이프 내에 등간격의 층으로 유용하게 위치되어 압전 물질 도처에 일정한 활성계를 허용할 수 있다.
간단한 경우에 있어서, 한쪽끝이 다른 끝보다 (가능하게는 더 많은 층수를 가지는 것을 통해) 더 넓거나/넓고 더 두꺼운 테이프로 만들어진 구조는 한쪽끝이 무겁고 딱딱하지만 다른쪽 끝은 잠재적으로 가벼운 장치를 생성한다. 만약 무거운 끝이 고정된다면, 장치의 비교적 무거운 부분은 안정하고 딱딱한 기저를 제공한다. 장치의 이 끝에서의 변위는 활성화 상태에서 작으며, 그러므로 비교적 적은 에너지가 무거운 부분을 움직이는데 사용된다. 그러나, 더 얇고 더 가벼운 끝은 활성화에 있어서 매우 현저한 변위를 가질 수 있다; 비교적 낮은 질량은 빠른 응답, 높은 가속, 그리고 낮은 에너지 손실의 높은 주파수 변동을 허용한다. 그러한 수행은 스피커 드라이버와 같은 장치에 이상적이다. 게다가, 장치의 공진주파수는 장치에 따라서 적절한 질량 및 강도 특성을 선택함으로써 맞추어질 수 있다.
유사하게, 이러한 테이프의 매개변수는 최종 장치의 어떤 점에서 요구되는 특성을 제공하기 위하여 어떤 원하는 방법으로 그 길이를 따라서 바뀌어 질 수 있다. 이는 중앙에서 무겁고 어느 한 쪽 끝에서 가벼울 수 있다; 이는 중앙에서 보 다 끝쪽에서 보다 무거울 수 있다; 또는 규칙적 또는 불규칙적 방법으로 변할 수 있다.
이산 전기 활성 소자로부터 형성된 실시예
전기 활성 구조의 선택적인 형태는 상호 연결된 복수의 이산 전기 활성 소자가다. 이 경우에, 이산 전기 활성 소자는 부축 주변에 연장하고 휘감는 전기 활성 부분을 구성한다.
소자들은 부축 둘레를 연장하도록 연결되며 그 축 둘레를 휘감도록 정렬된다. 적층된 구성을 가지고, 층들은 부축으로부터 연속적인 방사상의 거리에 위치되며, 그들의 길이를 따라서 확대되거나 축소되도록 유극되어 휨이 부축 둘레에서 발생한다. 활성화 될 때, 부축 둘레의 각각의 주어진 소자의 휨은 부축 둘레의 주어진 소자에 연결된 인접한 소자를 회전시킨다. 소자들은 연결되어서 구조의 끝부분들 사이에 순 회전을 생성하도록 상대적인 회전이 축을 따라서 점진적으로 증가한다. 전기 활성 소자들은 개별적으로 성형되며 소자들을 결합함으로써 상호 연결된다. 선택적으로 전기 활성 소자들 및 연결 부분은 단일 멤버로써 함께 성형될 수 있다.
전기 활성 소자들을 연결하는 한 방법은 부축 둘레에 동일한 방식으로 이전의 이산 전기 활성 소자로부터 연장하는 부축을 따르는 연속적인 이산 전기 활성 소자들을 가지고 하는 것이다. 이러한 또다른 방법을 보면, 연속적인 연결이 위치된 부축 둘레의 각도가 부축 둘레에 동일하게 진행된다. 결과적으로, 연결된 소자들의 연속이 실질적으로 부축 둘레에 나선형으로 연장하는 구조를 형성한다. 이 경우에, 공통축 둘레에 동일한 방식으로 연속적 소자들의 휨은 점진적으로 증가하는 회전을 생성한다.
그러한 구조의 부분의 예가 도 14에 도시된다. 이 구조는 (이하 추가로 기술되는)연결소자들(212)를 연결함으로써 부축(213)둘레에 상호 연결되는 사각의 전기 활성 소자들(211)로 구성된다. 각각의 전기 활성 소자(211)는 인접한 전기 활성 소자들(211)에 대해 90。로 연장되며, 그래서 그 구조는 부축(213)을 따라서 보여질 때 사각의 단면을 가진다. 연결소자들(212)은 연속적인 소자들(211)의 모서리를 상호 연결한다. 활성화 상태에서, 전기 활성 소자들(211)은 그들의 표면에 수직으로 휘며, 그러므로 부축(213)둘레로 연결된 전기 활성 소자들(211)을 상대적으로 회전시킨다. 부축(213)둘레에서 동일한 방식으로 이전의 이산 전기 활성 소자(211)로부터 연장하는 부축을 따르는 연속적인 전기 활성 소자들(211)에 있어서, 회전은 점진적으로 증가한다. 도 15는 주축(214) 둘레에 있는 주 곡선에서 연장하는 구조의 부분을 나타낸다.
사실, 전기 활성 소자들의 구조는 그것들이 공통축 둘레에 연장한다면, 어떤 형태든 취할 수 있다. 예를 들어, 전기 활성 부분들은 그들의 불활성된 형상으로 공통축 주변에 만곡되어지고/지거나 사각이 아닌 형상 또는 구성을 가질 수 있다.
전기 활성 소자들은 각 소자에 비해 상이한 위치에서 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 16은 소자들(221)이 부축을 따라 서로에 대하여 전이된 위치에서 교차하는 그들의 끝 모서리(222)에 의하여 연결되어 그 구조가 전체로써 부축 둘레에 나선형으로 진행하는 사각의 전기 활성 소자들(221)의 구조를 나타낸다.
전기 활성 소자들은 서로에 대해 임의의 각도로 연결될 수 있다. 도 17은 사각의 전기 활성 소자들(231)이 서로에 대해 60。로 연결되어서 부축을 따라서 보여질 때 삼각의 단면을 형성하는 구조를 도시한다. 팔각형 같이 규칙적이거나 또는 뷸규칙적이거나 임의의 다른 단면이 선택될 수 있다. 사실 일반적으로 규칙적 또는 불규칙적인 구조들은 상기에서 기술된 것 보다 훨씬 더 복잡한 구조를 포함하여 성형될 수 있다.
연결 소자들은 그들이 전기 활성 소자들을 상호 연결한다면 어떤 형태도 취할 수 있다. 연결 소자들은 전기 활성 소자들에 고정되는 불활성 물질로부터 성형될 수 있다. 이 경우에 있어, 연결소자들의 재료는 중합체, 세라믹, 금속 또는 복합 물질을 포함할 수 있다. 연결소자들은 여러가지 방법, 예를 들어 에폭시와 같은 접착제에 의하여 또는 탄성 접합을 가지고 전기 활성 소자들에 고정될 수 있다. 연결소자들은 단순히 다량의 접착제일 수도 있다.
도 18 내지 20은 전기 활성 소자들(241)을 연결하는 연결소자들의 예를 도시한다. 도 18 내지 19는 가령 접착제에 의하여 블록의 형태로 전기 활성 소자들(241)에 부착된 각각의 연결 소자들(242 및 243)을 도시한다. 도 18에 도시된 블록(242)는 전기 활성 소자들(241)의 모서리에 연결되는 반면, 도 19에 도시된 연결소자(243)는 전기 활성 소자들(241)의 표면에 연결된다. 도 20은 압전 소자들(241)이 연장된 멤버들(244)의 탄성에 기인하여 삽입되고 유지되는 슬롯(245)를 가지는 탄성있는 연장된 멤버로 구성되는 연결 소자(244)를 도시한다.
도 18 내지 20에 도시된 연결소자들(242-244)과 같은 연결소자들의 재료에 대한 넓은 선택범위는 전기 활성 구조의 기계적 응답이 적절한 특성을 가지는 물질의 선택에 의하여 제어되는 것을 허용한다. 이는 중요한 잇점이다. 반대로 전기 활성 소자들의 기계적 응답에 있어서의 변경은 비교적 제한되고 제어하기 어렵다.
부축을 따르는 연속 전기 활성 소자들은 부축 둘레에 선택적 방법으로 이전의 이산 전기 활성 소자로부터 연장할 수 있다. 이 또다른 방법을 보면, 연속적인 연결들이 위치되는 부축 둘레의 각도는 동일 방식으로의 진행에 대한 대안으로써 교대 방식으로 진행한다. 이 경우에 있어, 연속 전기 활성 소자들은 공통축 둘레에 선택적 방식으로 휘도록 활성화되어, 그것들은 부축을 따라서 동일한 방식으로 점진적으로 증가하는 회전을 생성한다. 예를 들어, 도 21에 도시된 구조는 만곡된 전기 활성 소자들(251)로 구성되며, 각각은 공통의 부축(253)에 대하여 원호 둘레에 연장한다. 전기 활성 소자들(251)은 전기 활성 소자들(251)의 선택적인 끝부분들에 위치된 연결 부분(252)에 의하여 연결된다. 그러므로 연결부분(252)은 축(253)을 따라 움직일 때 부축(252) 둘레에 교대방식로 진행한다.
개별적으로 성형된 전기 활성 소자들의 이용에 대한 대안으로써, 이산 전기 활성 소자들이 연결부분과 단일 멤버로써 성형될 수 있는데, 그 예는 도 22 내지 25를 참조하여 이후에 기술된다.
주축 둘레의 곡선
다음엔 부축이 둘레에 만곡되어진 곡선, 즉 주곡선이 고려된다.
일반적으로 '곡선'은 임의의 형태를 취할 수 있다. 이는 규칙적 기하구조일 필요가 없다. 이는 임의의 축, 또는 사실 수개의 상이한 축에 대한 커브일 수 있다. 일반적으로, 이는 변위방향이 국부적 만곡에 의존하는 장치에 따라서 변하는 3차원 곡선일 수 있다. 주곡선은 또한 하나 또는 그 이상의 밴드에 의하여 결합된 직선부분으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 주곡선은 규칙 또는 불규칙 다각형일 수 있다.
특히 유용한 주곡선은 다음의 예와 같은 규칙적 형상을 가진것들이다: 원 또는 원호; 나선형 또는 나사선형(나선형의 나사선); 이중 나사선형; 일련의 쌓인 나사선; 일련의 동축형의 나선들. 주곡선은 규칙적이나 원형이 아닐 수 있고(예를 들면, 타원형 또는 사각형의 단면등을 가진) 또는 불규칙일 수 있다(즉 일반적 곡선). 게다가, 주곡선은, 예를 들어 구조에 따라 상이한 기계적 특성을 제공하기 위하여 길이를 따라 그 만곡을 변경할 수 있는데, 예를 들어, 축을 따라 변하는 반경 및/또는 경사도를 가진 나선일 수 있다. 이는 사실 이용가능한 공간 및 요구되는 변위방향 및 힘에 종속하여 선택된, 임의의 규칙 또는 불규칙 3차원 곡선형상일 수 있다. 게다가, 이는 가령 단지 나선의 권수의 조각같은 작은 곡선의 부분일 수 있다. 곡선은 주축에서 360。미만으로 대응될 수 있다.
이제 일정한 형태의 주곡선에 대한 약간의 특정한 코멘트가 이어진다. 다음 기술에 있어서, 전기 활성 구조들은 특정하지 않고 기술되거나, 나선에서 부축 둘레에 연장하는 연속 전기 활성 멤버로부터 성형된다. 그러나, 주곡선은 임의의 전기 활성 구조에 적용될 수 있는데, 상호 연결된 연속 멤버들로부터 또는 이산 전기 활성 소자들로부터 성형되는 것을 포함한다.
주곡선은 1 또는 그 이상의 권수의 나선일 수 있다. 예를 들어, 도 26 내지 28은 주곡선이 나선이고 전기 활성 구조가 부축(32 또는 36) 둘레에 나선으로 연장하는 연속 전기 활성 멤버(31 또는 35)인 나선형 나선구조를 도시한다. 도 26 내지 27은 각각 주곡선이 (도 26에서는 주축의 축상에서 보여지고, 도 27에서는 방사형으로 보여지는)주축(33) 둘레의 1 권수의 나선인 구조의 저면도 및 측면도이다. 도 28은 주곡선이 주축(37) 둘레에 (예를 들면 도 28에서 4회인) 수회 권수의 나선인 구조의 측면도이다.
나선인 주곡선은 주곡선의 주축을 따라서 현저한 변위를 제공한다. 변위는 장치의 길이에 비례하며, 원칙적으로 길이에 제한이 없다. 수 센티미터의 변위는 이미 획득가능하다. 예를 들어, 0.5mm 테이프 두께의 4mm 직경의 부축으로부터 형성된 20 권수, 30mm 직경의 주 나선에 있어서, 120mm까지의 변위는 획득가능하다. 만약 적용된 힘이 중요하다면, 더 작은 주 나선 직경을 가지며 더 두꺼운 테이프로부터 만들어진 더 짧은 장치로부터 더 큰 힘이 이용가능하다; 그러므로, 1mm 두께의 테이프로부터 만들어진 20mm 직경의 2권수 주 나선은 수 mm의 변위를 가진 대략 1N의 힘을 발생한다. 그러한 장치는 스피커에서의 사용에 적절하다. 나선형의 나선에 대한 다른 사용은 작동기 및 예를 들어, 솔레노이드, 계전기 및 (선형)전기 모터에 의하여 제공되는 위치를 정하는 장치를 포함한다.
이제, 수많은 가능한 주곡선이 도 29 내지 41을 참조하여 기술된다. 이러한 형상에 있어서, 전기 활성 구조가 설명의 편의를 위하여 도식적 형태로 나타나지만 전기 활성 구조는 상기한 바와 같이, 예를 들면 부축 둘레에 나선 또는 다른 형태로 연장하는 연속 전기 활성 소자들 또는 상호 연결된 복수의 이산 전기 활성 소자들과 같이 임의의 형태를 취할 수 있다.
도 29 내지 41은 주축(311) 둘레에 상이한 주곡선을 가진 약간의 전기 활성 구조들을 도시한다. 특히 도 29A, 30A, 32A 및 33A는 구조들의 측면도인 반면, 나머지 도면들은 주곡선을 보다 명확하게 보여주도록 구조가 단선에 의해 도식적으로 도시된 도면이다.
이러한 형태에 있어서, 활성화 상태에서 구조가 연장하는 방향은 화살표에 의해 보여진다.
도 29A 및 29B는 주축(311) 둘레에 원형 나선으로 연장하는 구조(312)를 도시한다.
도 30A 내지 30C는 주축(311) 둘레에 평평한 나사선의 주곡선으로 연장하는 구조(313)을 도시한다.
도 30B는 상부 평면도인 반면, 도 30C는 투시도이다. 도 31은 활성화상에서 연장된 상태인 구조(313)의 투시도이다. 비활성 상태에서, 구조(313)은 평평하게 놓여있다; 이것의 수직 높이는 그러므로 단지 전기 활성 구조의 폭이다. 2 또는 3권수의 나사선형 장치는 세배의 높이 또는 그이상의 수직 변위를 제공할 수 있다; 그러므로, 4mm 높이의 나사선형 장치는 족히 1cm가 넘는 (다른것에 대한 한쪽 끝의)변위를 제공한다. 이런 형태는 축 방향으로 이용가능한 공간이 작지만 측면 공간이 덜 제한된 응용에 적합하다. 나사선은 나사선의 외부에 놓여진 끝부분이 고정된 반면 나사선의 중앙에 있는 끝부분이 움직이도록 배열될 수 있다; 그러면 안정도를 제공하면서, 작동점은 장치에 대해 한가운데에 있다. 작동점이 만곡반경이 작은 위치에 있기 때문에, 이는 상당한 강도 및 힘 능력을 나타낸다.
도 32A 및 32B는 주축(311) 둘레에 원뿔형 나선으로 연장하는 구조(315)를 도시하는데, 즉 직경이 한쪽 끝으로부터 다른쪽 끝으로 감소하는 나선이다. 더 큰 직경의 끝부분이 비교적 무거운 반면, 더 작은 직경의 끝부분은 비교적 가벼운데, 이는 상기한 바와 같이, 빠른 이동을 요구하는 응용에 유리하다. 한쪽 끝으로부터 다른 쪽 끝으로 경사도를 변화시키는 것은 유사한 효과를 가진다. 물론, 이전에 논의된 것 처럼 이러한 변화는 한쪽끝으로부터 다른 쪽 끝으로 단순히 척도변환 하는 것이 불필요하다. 논의된 변화의 어떤것도 요구되는 특성을 정확히 제공하기 위하여 장치를 디자인하는 것의 매우 유연한 수단을 제공하면서 상호 결합될 수 있다.
도 33A 내지 33C 주축(311)둘레에 이중 나사선으로 연장하는 구조(314)를 도시한다. 도 33B는 구조의 투시도이며, 도 34는 활성화 상태에 있는 구조의 투시도이다. 바람직하게는, 도 33 및 34에서 처럼, 이중 나사선은 중앙에서 시작하여, 바깥으로 감고, 그 다음 첫번째 것 위에 직접 제 2 나사선을 형성하기 위하여 다시 안쪽으로 감는다. 이는 직접 상반된 활성점을 제공하면서, 양쪽 끝이 중앙에 있을 수 있는 잇점을 제공한다. 주곡선은 일련의 쌓여진 나사선을 제공하기 위하여 추가적 나사선을 가지고 연장될 수 있다. 그러한 주곡선은 매우 조밀한 장치를 제공하는데, 이는 권선 사이에 매우 작은 공간이 있기 때문이다. 유사한 조밀함이 일련의 동축 나선에서 얻어질 수 있다.
비록 덜 조밀하지만, 권선이 항상 중앙으로 연장하지는 않는 불완전한 나선은 만들기 더 쉽고 여전히 매우 현저한 변위를 제공할 가능성이 있다.
나선 및 나사선은 매우 긴 길이의 벤더를 제공하고, 그러므로 비교적 매우 큰 변위를 제공한다. 더 작은 변위가 요구되는 경우 더작은 곡선, 예를 들면 원 또는 원호이면 족하다. 예로써, 도 35는 주곡선이 곡선 기하구조 축인 주축(352) 둘레에 있는 원호인 구조(351)을 도시한다. 특히, 도 35A는 구조(351)의 평면도이고, 도 35B는 측면 및 상부로부터의 도면이다.
도 35C는 한쪽 끝(353)이 고정된 구조(351)의 측면도를 나타낸다. 활성 상태에서 구조(351)의 이동은 화살표로써 도시된다. 구조(351)는 주곡선의 평면에서 벗어나 움직여서 자유로운 끝부분(354)은 하나의 극을 가진 활성 상태에서 제 1 위치(355)로 움직이고 반대 극성을 가진 활성 상태에서 제 2 위치(356)인 반대방향으로 움직인다. 양쪽 경우 모두에 있어서, 주곡선 둘레에 있는 위치와 선형인데, 이는 구조가 단일형태이며, 이에 의해 일정한 만곡을 가지는 곡선 둘레의 임의의 위치에서 동일한 회전각도를 발생하기 때문이다.
재-반복을 위하여, 만약 주곡선이 나선, 원 또는 원의 일부와 같이 규칙적인 곡선이라면, 활성 상태에서의 곡선의 평면으로부터 벗어난 변위는 만곡의 축의방향 으로 있을 것이다. 만약 주곡선이 비선형 기하구조로 만곡된다면, 임의의 구간의 이동은 전체적인 움직임이 모든 구간들의 이동의 합이되면서 그 구간의 곡선의 평면으로부터 벗어날 것이다. 일반적인 3차원 형태의 주곡선의 경우에, 변위방향은 기하구조에 의하여 결정된다; 그래서 작동점이 적절한 모양의 주곡선에 의한 임의의 원하는 경로를 따르도록 발생될 수 있다. 응용은 원하는 움직임이 선형이 아닌, 예를 들면 앞유리 와이퍼 및 전기 면도기와 같은 것들이 될 것이다.
유용한 특성을 가진 장치를 제공하는 또 다른 부류의 주곡선은 리-엔트란트(re-entrant) 곡선의 집합인데, 이는 반대의 만곡을 가진 주곡선의 부분에 즉, 상이한 주축 둘레에 상반된 변위를 제공한다. 예를 들어, 만약 주곡선이 사인곡선이라면, "정점(peaks)" 및 "파곡(troughs)"은 반대 만곡에 있고 "윗구배(upslopes)" 및 "아래구배(downslopes)"는 반대방향으로 사인곡선의 평면에 수직으로 움직인다. 1주기 이상을 가지는 사인곡선은 다중작동점을 제공하며 그러므로 부하의 분배에 유용하다. 만약 대체된 "윗구배" 및 "아래구배"가 래칫 메커니즘의 어떤 형태와 맞물리도록 만들어진다면, 사인곡선의 경도방향으로의 상대적 움직임이 결과로 나타난다. 행동은 작동전압의 연속적 반전에 의하여 유지된다. 한 방향으로 작동될 때, "윗구배"는 행동을 일으키면서 래칫과 맞물리도록 이동한다; 다른 방향으로 작동될때, "아랫구배"는 그것들을 다음주기에서 래칫의 다음부분과 맞물리도록 허용하면서 맞물리지 않는다. 원에서 둘레에 싸인 그러한 장치는 만약 회전될 수 있는 소자가 적절한 래칫 매커니즘과 적합화된다면, 회전 행동을 제공하기 위하여 사용될 수 있다.
예를 들어, 도 36 내지 38은 주곡선이 사인 곡선의 형태인 구조(361)를 도시한다. 도 36은 복수의 주축(367)둘레에 있는 상기 만곡으로부터 구조(361)를 도시한다. 활성 상태에서 사인곡선의 평면으로부터 벗어난 결과적 수직이동은 도 37에 도식적으로 보여지며 이는 구조의 측면도이다. 사인곡선에 있어서, 정점(368) 및 파곡(369)은 가장 높은 만곡도를 가지며 만곡은 사이에 있는 영-교차점들에서 영으로 감소한다. 정점(368)은 파곡(369)의 반대방식으로 주축(367) 둘레를 만곡하며, 그래서 윗구배의 변위는 아래구배의 변위와 반대방향에 있다. 이는 교대의 영교차점(363 및 364)이 주곡선의 평면으로부터 반대방향으로 대체되도록 한다. 도 38은 원기둥(366) 주변에 감긴 도 36의 구조(361)을 도시한다.
도 39는 구조(391)가 축(392)둘레를 만곡하도록 사이에 상대적 예각(396)을 가진 두개의 직선부분(395)으로써 주곡선의 매우 단순한 형태를 가진 구조를 평면도로 도시한다. 이는 본 발명의 개념이 적용되는 "일반 곡선"의 개념을 설명할 의도이다. 도 40A는 측면도이다. 도 40B는 고정된 끝(394)을 가진 활성 상태에서의 구조의 측면도이다. 직선부분(395)에서 적은 움직임이 있으나 예각에 있어서의 만곡은 고정된 끝(394)에 대해 자유로운 끝(393)을 솟게한다.
도 41은 주곡선이 나선이며 그 경사도가 장치의 길이를 따라서 변하는 장치(411)를 도시한다. 도시된 장치에 있어서, 주나선은 그 기저(412)에서 작은 경사도를 가지며 상부(413)에서 더 큰 경사도를 가진다.
주곡선은 수개의 권수로 구성될 필요가 없을 뿐 아니라, 하나의 완전한 권수로도 구성될 필요가 없다; 대신에 하나의 완전한 권수(즉, 나선 또는 원)보다 작을 수 있다 - 비록 활성화상태에서 현저한 효과에 대하여 적어도 30。, 가장 바람직하게는 적어도 90。의 전체만곡을 가진다. 실제로 본 발명의 장치의 크기에 상한이나 하한이 없으나, 그럼에도 약간의 지침은 주어질 수 있다. 그러므로, 연속 전기 활성 멤버로부터 형성되는 전형적인 장치는 대략 0.1 - 2 mm의 두께 및 대략 1 - 10mm의 폭을 가진 테이프를 사용하며, 직경이 대략 1 - 10mm인 부나선으로 성형되어서 그 자체가 직경이 대략 2 - 50mm의 주곡선으로 감겨진다. 4mm 직경의 코일에서 5mm의 테이프에 의하여 0.6mm로부터 만들어진 그러한 전형적인 장치에 대하여, 부곡선만곡은 테이프의 mm마다 대략 30。이며 주곡선 만곡은 코일의 mm마다 대략 4。이다.
다중 테이프 및 구조
지금까지 기술된 장치는 단일 연속 멤버 또는 차례로 연결된 단일 복수의 이산 소자들에 의하여 형성되는 단일 전기활성구조를 가진다. 그러나, 이는 필수적으로 그런 것은 아니다. 다양한 더 많은 복합구조가 동일한 효과를 생성하고, 본 발명의 범위내에 있다. 예를 들어, 장치는 하나 이상의 전기활성구조를 가질 수 있다. 그 구조는 아마 DNA의 것과 같은 이중 나선을 형성하면서, 둘 또는 그이상의 연속 멤버들로부터 성형될 수 있다. 부축을 따라서 나란히 또는 동축상으로 연장하는 둘 또는 그 이상의 연속멤버들은, 그들이 개별적으로 활성화 될 수 있을때, 주곡선의 행동 및 변위방향으로 귀착되는 가외의 변화정도를 제공한다. 일반적으로, 구조가 연속멤버들로부터 성형될 때, 전기활성구조는 부축을 따라서 및 둘레에 부곡선으로 연장하는 하나 이상의 멤버를 가지며/가지거나 주곡선을 따라서 연장하는 하나 이상의 부곡선을 가질 수 있다.
유사하게, 구조는 둘 또는 이상의 이산소자들의 그룹을 포함할 수 있고, 각 그룹의 소자들은 각각의 일련의 이산소자들을 성형하기 위하여 상호 연결된다. 이산 소자들의 다른 더 많은 구조들이 유사하게 사용될 수 있다.
복수의 연속멤버들로부터 성형되는 구조는 수개의 작동점을 제공할 수 있고, 그러므로 부하를 분산시킨다. 예를 들어, 주축 둘레에 나선으로 동축상으로 연장하는 셋 또는 이상의 구조를 구성하는 장치는 주축을 가로지르는 평면에 한 끝에서 세개의 작동점을 제공한다. 작동점은 원 주변에 등간격으로 이격되어 있으며, 매우 안정적인 접촉을 제공한다. 추가적으로, 그 세개의 구조는 상이하게 활성될 수 있으며, 세 작동점의 상이한 변위로 귀착된다. 그러므로, 수직의 3가닥의 주나선의 세개의 작동점상에 (필요하면 적절한 접합 메커니즘에 의하여)수평으로 놓여있는 원판 또는 다른 물체는 임의의 방향으로 기울도록 만들어질 수 있다. 그 세가닥을 함께 활성하는것이 수직 행동으로 귀결된다면, 이 장치는 3축 모터에 등가이나, 그러한 모터보다 상당히 덜 복잡하며, 조용한 작동, 적은 질량, 조밀도, 그리고 응답속도의 이득을 가진다. 이는 또한 비자성(non-magnetic)이다. 이것의 응용은 예를 들면, 레이저-광 디스플레이 및 레이저 프린터, 위성 추적 메커니즘, 및 카메라에서의 추적 및 집속 메커니즘에서 사용되는 것 처럼, 레이저-광용 반사기에 대한 기울임 메커니즘을 포함한다.
둘 또는 이상의 구조는 변위에 있어서의 변경, 힘 또는 부하분배를 제공하기 위하여 분포되거나 동축으로 놓여져서, 쌓여질 수 있다. 예를 들어, 쌓여진 나사선은 조밀한 높은 변위장치를 제공한다; 동축 나선은 조밀한 높은 힘장치를 제공한다; 그리고 분포된 구조는 협력하여 또는 개별적으로 활성화될 수 있는 개별적인 작동점을 제공한다.
도 42 내지 44는 하나 대신에 두개의 전기 활성 멤버들(421, 422)로부터 형성되는 구조를 도시한다. 도 42는 두개의 전기 활성 멤버들(421, 422)이 나란히 정렬되도록 개념상으로 감기지 않은 구조를 도시한다. 도 43은 멤버들(421, 422)이 멤버들(421, 422)간에 최소의 갭을 가지고 조밀하게 감겨진 부나선(423)으로 연장하는 구조(423)을 도시한다. 도 44는 멤버들(421, 422)이 멤버들(421, 422)간에 더 큰 경사도를 가지며 그러므로 더 큰 갭을 가진 부나선(423)으로 연장하는 구조(423)을 도시한다. 이는 사실 도 43의 조밀하게 감긴 구조가 활성 상태에서처럼 보이는 것이다.
구조 및 구성
전기 활성 부분의 형태 및 구조의 형태를 적절히 선택함으로써, 소기의 특성을 지닌 장치가 구성될 수 있다. 대부분 나선형의 나선 형태와 같은 규칙 구조의 장치에 의하여 제공될 것이나, 다른 많은 비정상적인 형태들이 특별한 결과를 제공할 수 있을 것이다. 예를 들어, 활성화를 일으키기 위한 장치에의 입력은 어떤 방 법에 있어서는 비규칙적 - 불완전 및/또는 비선형성을 포함할 수 있다 - 이고 그 장치의 기하구조는 보상하기 위하여 선택될 수 있다. 다시말해, 기하구조의 주의깊은 선택은 순수한 회전(직선 나선에서 처럼) 또는 순수한 선형(나선형 나선에서 처럼)이 아니라, 만곡되고 꼬인 경로를 따라서 작동기-끝 행위(즉, 공간상에 정의된 경로를 따르는)를 가지는 장치로 귀결될 것이다.
연속 전기 활성 멤버로부터 성형된 장치의 경우에, 멤버는 만곡된 곡선으로써 성형되는데, 예로써 상기한 바와 같이, 부곡선의 길이가 추가적 주곡선으로 굽는 경우이다. 가장 편리하게는 사실 평평한, 유연한/가소성으로 변형할 수있는 테이프를 필요한 만곡된 형상 -긴 나선체- 으로 먼저 굽히고 그다음, 테이프물질이 여전히 유연하지만, 그 나선체를 적절한 만곡된 형태-즉, 또다른 나선체-로 추가적으로 굽힘으로써 만들어진다. 테이프의 크기 및 적출형태, 부곡선 및 주곡선은 장치의 목적에 가장 적합한 무엇이든 될 수 있다.
예를 들어, 저주파수(<1kHz) 오디오 드라이버의 구성에서의 사용에 대하여, 적절한 전극을 가진 둘 또는 그이상의 활성 압전층을 포함하는, 총 두께 1mm 및 8mm폭의 규칙적이고 일정한 사각 단면의 테이프가 유리하게 채택될 수 있는데, 이 테이프는 6mm직경의 부나선으로 감겨지고 추가적으로 3권수의 주나선을 가지고, 30mm직경의 주나선으로 감겨진다.
재-반복을 위하여, 어떤 특정한 구조 및 주곡선은 위에서 기술되었으나, 본 발명의 장치는 임의의 형태일 수 있으며, 규칙 또는 비규칙, 2- 또는 3- 차원, 원형 또는 비원형, 그리고 일정한 만곡 또는 가변적인 만곡(정반대의 만곡을 포함하 여)곡선을 포함한다. 본 장치의 특성은 다음의 선택에 의하여 맞춰질 수 있다; 테이프가 만들어지는 층의 구성; 층의 수; 테이프 및 부곡선; 그리고 층들, 전극들, 테이프(들), 부곡선(들) 및 주곡선(들)의 물리적 매개변수. 추가적으로, 이러한 매개변수들중의 어느것은 장치의 길이를 따라서 변할 수 있고, 어떤 특정한 장치는 전혀없는, 일부 또는 모든 이러한 매개변수들의 길이에 따른 변화를 포함할 수 있다.
다중 전극
연속성 전기-활성 멤버로서 형성된 실시예의 경우에서는, 각각의 전극을 테이프의 일 단부로부터 타 단부로의 연속성으로 고찰한다. 일반적으로, 가변전압이 그 길이를 따라서 발생되도록 전극이 선택적인 저항성이어야 할지라도, 구조의 전체 길이를 횡단하여 동일한 전압이 나타나도록 전극은 도전성이 될 것이다. 그런데, 상기 전극은 테이프를 따라서 있는 다양한 지점에서 분할되며, 다중-전극 장치를 생성한다. 간단한 경우에는, 각각의 압전기 전기 층의 플랩 면이 전극으로 커버 된다. 대신에, 전극이 비-연속성이면, 즉, 테이프의 폭을 횡단하여 지나가는 전극 층에 브레이크가 테이프 길이를 따라서 간격져 제공되고 그리고 대응 브레이크가 타 전극에 제공되면, 테이프는 분리적으로 활성화 되고 서로 전기적으로 절연된 그 길이부를 따라서 이루어진 2개 이상의 영역으로 구성된다. 일단 장치에 감겨지면, 다중-전극 형태는 장치의 분리식-전극 섹션이 다르게 이동되도록 한다. 예를 들어, 나선형-나사 장치의 교차 섹션(alternate section of a helical-helix device)은 "온" 또는 "오프"가 있게 만들어져야 하며, 나선형-나사 장치가 비표시 섹션에 의해 분리된 일부 섹션에 축 변위를 나타나게 한다. 다음, 섹션 활성이 역전(상기 섹션은 "오프"로 전환된 "온"으로 있거나 그 역으로 있음)되면, 변위의 웨이브는, 적절한 토대 위에 벌레(worm)와 같이 따라서 이동하게 되는 장치를 따라서 이동한다.
다중-전극 장치의 구조는 도45 내지 도50을 참고로 설명한다.
도45는 정상 방법에서 압전기 층(450)의 2면에 적용된 전극(451)을 가진 비활성 층(456)과 전기-활성 층(450)을 구비한 단일형태 구조의 멤버를 나타낸 도면이다. 대조적으로, 도46은 동일한 단일형태 구조의 멤버를 나타내었지만, 여기서는 각각의 전극(455)이 분리적으로 활성화 되는 2개 섹션(452)으로 분할된 것을 나타낸 도면이다. 각각의 경우에서, 분할부(453)는 그를 따라 대략 절반쯤에서 테이프의 폭을 가로질러 가게 된다. 도47은 나선부를 따라서 전극 중간에 분할부(453)의 구역을 가진, 부축(457)에 대하여 부 나선부(454) 쪽으로 연장되는 장길이의 분할-전극 멤버를 나타낸 선도이다. 도48은 주축(459) 둘레에 2개 전환부(458)의 나선부의 주 곡선으로 연장되는 도47의 구조의 측부도 이다.
도49와 도50은 각각의 4개 전환부의 분리 전극(명료하게 나타내고자 다르게 사선을 그어 나타냄)을 가진 2개 섹션(492,493)과 8개 주 나선 전환부를 가진 주축(494) 둘레에 나선부로 연장된, 부 나선부에 곡선진 연속성 멤버인, 구조(491)를 나타낸 도면이다. 도49는 불활성의 양쪽 섹션(492,493)을 가진 구조를 나타낸 도면이다. 도50은 불활성 상태에 일 섹션(492)과 활성 상태에 타 섹션(493)을 가진 구조를 나타낸 도면이다.
도51a 내지 도51d는, 주 곡선이 축(513) 둘레를 둘러싸고 있는 나선이며, 나선의 개별 전환부는 도시하지 아니 하였으며, 생성된 주 나선의 길이만을 나타낸, 다중-전극 장치(510)를 나타낸 도면이다. 장치(510)의 연속 섹션(511,512)은 분리 전극을 가진다. 제1세트의 교번 섹션(511)은, 제2세트의 나머지 교번 섹션(512)의 동작에 따라 공통적으로 연결된 전극을 가진다. 도51a 내지 도51d는 벌레모양 이동을 제공하는데 사용되는 전극 활성의 시켄스를 나타낸 도면이다. 도51a에서는 섹션(511,512)의 어느 것도 활성으로 되지 않는다. 도51b에서는 제1세트의 섹션(511)이 활성으로 되고, 도51c에서는 제2세트의 섹션(512)이 활성으로 되고, 그리고 도51d에서는 제1세트의 섹션(511)이 다시 활성으로 된다. 실질 결과는 장치(510)가 화살표 방향으로 조금씩 이동하는 것이다.
벌레모양 장난감과 신물품에 적용과는 별도로, 상기 다중-전극 장치는 2개 이상의 아이템이 분리 이동되지만 예를 들어 간섭계에서 서로 상관 제어되어야 하는 메카니즘에 적용되는 것이다. 부가적인 적용은, 생성 이동 크기가 개별 섹션의 이동 합이도록, 분리되어 다중-전극 장치의 개별 섹션이 전환되는 음향 변환기(확성기) 운영체 이다. 예를 들면, 2전환부 각각의 8분리 전극 섹션을 함유하는 16전환부의 주 나선은 8이산 레벨의 크기를 제공하며, 일 또는 총8개에 이르는 하나 보다 많은 수의 섹션이 동작하도록 활성되어야 한다. 이러한 사실은 특히 WO-A-96/31,086호에 개시된 바와 같이 단일체 타입의 디지털 확성기에서 유용하다. 유 사하게, 이원체 타입의 디지털 확성기는 그 길이의 비율이 1:2:4:8 등으로 서로 상관된 분리식-전극 섹션을 포함한다.
도52와 도53은 예를 들어 디지털 확성기에서 디지털 작동기로서 사용하기에 적절한 분리 전극을 가진 섹션을 구비하는 장치를 나타낸 도면이다.
도52에서는, 개별적으로 8개 주 나선 전환부, 4개 전환부, 2개 전환부 그리고 일 전환부를 가지는 4개 분리식-전극 섹션(522,523,524,525)이 있는 주 축선(528) 둘레에 나선형 주 곡선으로 연장하는 구조(521)를 나타내었다. 각각의 섹션(522 내지 525)은 분리적으로 활성화 되며, 바이너리 디지털 활성신호로서 전체 변위가 직접적으로 변화도록 한다. 도53은 단일체 디지털 신호에 사용용으로 적합한 8개 분리식 전극 섹션(527)이 있는 16전환 주 나선(526)을 나타낸 도면이다.
압전기 장치용으로 상술된 활성(그리고 센서) 전극의 성질은, 활성층이 압전물질로 제조되는 압전장치와 적절한 변화로 동일하게 적용된다.
집적 센서를 가진 장치
전기-활성 구조체는, 장치가 어떻게 작동하는지에 관한 정보를 제공하는 신호가 그들 사이에 감지 층에 의해 발생되는 신호를 출력하는 센서 전극을 구비한다. 이러한 감지 층과 센서 전극의 사용은 본원에 참고문헌으로 기재된 GB-A-2,329,514호에 단원의 제목 "통합 위치설정 및 제어 메카니즘을 가진 압전기 운영 장치"에 상세하게 기술되어 있다. 요약하면, 상기 감지 층은 단일 또는 복합으로 압전기형 또는 압전 저항기형 재료로 이루어질 수 것이다. 각각은 단일형태, 이중형태 또는 다중형태를 함유하는 타 압전기 층(들)으로부터 전기적으로 절연되고 그와 양호하게 평행하게 있는 내부 층(들)으로서 또는 표면 층(들)으로서 전기적-활성 구조체에 통합된다. 압저항 감지 층은 상기 구조의 어느 일 단부에서 층(들)의 단부에 연결된 감지 단자를 구비하고 그리고 압전기 감지 층은 층(들)의 (반경방향) 내부와 외부 표면을 커버하는 전극에 연결된 감지 단자를 구비한다. 압저항 감지 층의 경우에는, 상기 감지 층이 종래 변형 게이지보다 우수한 동작을 한다. 감지 단자에서의 측정으로 층을 횡단하는 전압과 전류의 동시적 측정과 층을 통하는 전류의 제공은, 정보가 정확한 기구적 제어 목적에 적합한 선형 작동기로서 예를 들어 장치의 일정한 힘, 일정한 속도, 일정한 가속도, 또는 일정한 위치 조작의 어느 하나를 제공하도록 피드백 제어 루프에 사용되는, 장치에 의해 경험하게 되는 변형과 그에 따른 그 연장 또는 수축의 방향지시(direct indication)를 제공한다. 상기 피드백 제어 시스템은 부하 변화용 만이 아니라 압전기 작동기 자체에 이력현상의 보상용으로도 보상할 수 있다.
제작법
연속 멤버 또는 이산 소자로서 형성되는 전기-활성 부분은 공지된 기술을 사용하여 제작할 수 있다. 이들은 예를 들어 단일형태, 이중형태, 다중형태를 형성하도록 선택된 플라스틱재의 2개(또는 그 이상) 층의 공압출에 의한 것과 같이 압출 또는 칼렌더링으로 유익하게 만들어진다.
다층 구조는 전극 패턴이 앞서 그 위에 프린트 되어져 있는 얇은 박층을 관통하여 만들어진다. 상기 얇은 박층은 세라믹 파우더, 중합체 및 솔벤트 혼합물의 고전단 혼합동작(high shear mixing), 및 이후의 압출 및 칼렌더링과 같은 임의적인 적절한 경로로 만들어진다. 테이프 주조(tape casting) 또는 세라믹 분야에서 공지된 솔루테크 프로세스(Solutech process)로서 언급되는 교번 경로루트(alternative routes)가 사용될 수 있다.
상기 기술은 비합성 전기-활성 소자를 생산하도록 절결하거나 구조체 내에 그 자신이 형성되는 플랩 직선형 연속성 전기-활성 멤버(flat, straight, continuous electro-active member)를 생산하는 것이다.
연속성 전기-활성 멤버로 형성된 본 발명의 장치는 예를 들어, 길이방향 나선 또는 다른 형태로 상기 멤버를 먼저 감은 다음, 주 곡선에 상기 구조를 감아서 소망하는 형태로 멤버를 활성적으로 감아서 안정적으로 만들어진다. 상기 경우에서는, 멤버를 형성하는 재료가 필요한 형태로 변형되도록 어느 정도의 가요성/유연성이 초기 형성된 멤버에 존재하여야 한다.
한가지 적절한 제작 방법은 2단계 제작법으로서, 주 곡선이 나선이며 부축 둘레를 감고 있는 나선(부 나선)으로 연장되는 멤버가 있는 장치를 제작하는 것을 참고로 양호하게 기술한다. 그런데, 이것은 동일하게 다른 부 곡선과 다른 주 곡선에 적용할 수 있는 것이다.
제1단계에서, 부 나선의 형성은, 그린-상태에 전극 박 테이프가 유연하게 변형될 수 있는 재료로 자체가 만들어진 적절한 원통형 성형기 둘레에 평평하게 감긴다. 이러한 단계는 장길이의 직선 나선을 생성한다. 제2단계에서는, 나선이 적절하게 만들어진 제2성형기 둘레에 성형기와 합성 부 나선을 감는 간단한 방법에 의해 자체 코일(주 곡선에)된다. 이것은 쓰레드의 적절한 피치와 깊이를 가진 쓰레드진 유연한 변형성 바아 이다. 이러한 단계 후에, 테이프 재료는 구성 솔벤트의 증발을 통해서 또는 냉각동작을 통해서 설정이 허용되고, 그리고 일단 설정이 되고 상대적으로 물리적인 안정이 되면, 2개 나선이, 개별 성형기(먼저 그 성형기로부터의 주 나선, 그 후 부 나선이 성형기로부터 제거됨)로부터 이들을 간단히 언쓰레딩하거나 또는 성형기가 적절한 재료로 만들어져 있으면, 성형기를 용융, 버닝, 또는 용해하여 자유롭게 한다.
일단 성형기로부터 코일이 취출되면, 이는 소결 성형기에 도입하여 소결 중에 예상되는 15-25%선형 수축이 생기게 한다. 중합체 성분은 일반적으로 600℃에 이르는 온도로까지 연소되고, 일반적으로 1,000℃ 내지 1,200℃ 의 온도에서 부가로 소결되어 치밀화된다.
교번 제조 루트에서, 전극 층을 구비하는 다층 테이프는 공압출로 생산된다. 압출 매개변수는 예를 들어, 재료가 타측보다 일측에서 더 빠르게 동작하는 다이로부터 나타나도록 그를 배열하여 굽어지도록 설정된다. 이것은 예를 들어 나선형 통로에 따르는 얇은 튜브의 형태로 "나선" 파스터(pasta) 제품에 사용되는 다른 생산물용으로 공지된 공정이다. 다음, 부 나선이 압출 다이로부터 직접 생성되고, 길이는 주 나선 생성을 위해 성형기에 감겨진다. 다음, 성형기와 소결동작을 제거하여 상술된 바와 같은 작업을 이행한다.
부축 둘레에 변형성 멤버를 형성하여 상기 구조를 형성하는 교번성으로, 상기 구조가 전기-활성 층과 전극의 적절한 층으로 이루어진 구조를 가진 실린더로서 형성된 전기-활성 멤버로 형성된다. 다음, 상기 실린더는 부축을 형성하는 실린더 축의 둘레에 나선형으로 연장되는 구조 멤버가 남도록 실린더 둘레에 나선을 따라서 절결된다. 이러한 경우에, 전극은 양호하게 상기 멤버의 전체 길이를 따라서 연장되는 도전성 전극이다.
상기 전극은 층으로된 전기-활성 구조용으로 공지된 임의적 방식으로 형성된다. 상기 전극은 예를 들어 그와 같이 압출된 전기-활성 멤버의 제작의 집적 부분으로 형성된다. 다음, 상기 멤버에 다양한 내부와 외부 전극으로의 억세스가 이루어지게 하는 단자 전극일 수 있거나 활성 전극일 수 있는 부가적인 전극이, 잉크 또는 화염 관통식 실버 페이스트(through fired-on silver paste), 또는 일부 다른 적절한 기술로서 가해진다.
분리식 전기-활성 소자의 형태로 전기-활성 구조를 제작하는 것은 매우 간단하다. 전기-활성 소자 자체는 상술된 바와 같은 공지된 기술을 사용하여 만들어진다. 다음, 이산 전기-활성 소자는 예를 들어 도14와 도15에 도시된 바와 같이 소망 형태로 상기 구조가 강화되게 함께 간단하게 접속된다.
분리식으로 형성된 전기-활성 소자를 사용하는 택일성으로, 이산 소자는 단일 접속부를 가진 단일 멤버로 형성된다. 예를 들면, 상기 구조는 도22 내지 도25를 참고로 기술되는 다음의 방법으로 제작된다. 상기 방법은 상술된 공지 기술을 사용하여 형성되는 연속성 전기-활성 멤버(261)를 사용한다.
제1단계에서, 신장 멤버(261)는 도22에 설명된 바와 같이 교번측으로부터 신장부재(261)의 면을 부분적으로 횡단하여 연장되는 절결부(262)로 절결된다. 그 결과로, 신장 멤버(261)는 그의 측부와 절결부(262)의 단부와의 사이에 형성된 접속부(264)와 절결부(262)와의 사이에 길이방향으로 형성된 접속된 이산 전기-활성 소자(263)에 형성된다. 상기 절결이 신장 멤버(261)의 단부 사이를 절단하지 않으므로, 신장 멤버(261)와 그 위에 형성된 전극 모두는, 전극이 각 소자(263)를 독립적으로 받치기를 희망하여 각 소자(263)사이가 순차적으로 분할되더라도, 연속성 또는 단일성을 유지한다.
교번성 이산 전기-활성 소자(263)는 도22에 각각의 이산 소자(263)에 정부 표시(positive and negative signs)로 지시된 바와 같이 대향측 감지부에서 지주가 대어진다(후(後)-소결).
제2단계에서, 신장 멤버(261)는 도23에 도시된 바와 같이 신장 멤버(261)를 길이방향으로 따라서 연장되는 축(271)의 둘레로 굽어진다. 결과적으로, 각각의 전기-활성 소자(263)는 축(271)의 주위를 원형으로 연장하고 그리고 접속부(264)는 축(271)을 따르는 이동으로 축(271)의 주위를 교번 감지하여 진행된다. 이러한 신장 멤버(261)의 곡률동작은 성형기(도시 않음)의 둘레에서 이행된다.
최종적, 선-소결 구조 단계에서는, 멤버(261)가 도25에 도시된 바와 같이 주축(272) 주위로 주 곡선 쪽으로 곡선진다.
이러한 기술에서는, 테이프를 형성하는 재료가 필요에 따른 곡선 형태로 변형되도록 신장 멤버(261)가 충분한 가요성/유연성이 있게끔 존재하여야 한다. 연속성 멤버로부터 형성된 구조용으로 상술된 바와 같이, 멤버를 형성하는 상기 순차과정은, 중합체 성분을 가열하여 연소시키고, 일반적으로 1000℃ 내지 1200℃사이의 고온에서 소결되어 치밀화된 다음, 최종적으로 유극으로 되도록 설정된다.
소결동작과 유극동작 이후에, 활성 시에, 곡선진 신장 멤버(261)는 축(271)의 둘레를 회전한다. 동일한 전압이 각 전기-활성 소자(263)에 대한 동일한 감지부에 적용된다. 전기-활성 소자(263)가 교번적으로 유극으로 되어, 이들이 상기 축 둘레에 교번 감지로 굽어진다. 예를 들면, 도24에 설명된 멤버(261)의 섹션을 따라서, 제1섹션(263A)은 외부방향으로 그리고 그에 따른 제1감지부(A)에 제1접속부(264a)가 굽어진다. 제2부분(263b)은 내부방향으로 굽어지고, 제1접속부(264a)와 동일한 감지부(A)에 제2접속부(264b)가 회전한다. 유사하게, 제3전기-활성 소자(263c)는 외부방향으로 굽어져 동일한 감지부(A)에 제3접속부(264c)가 회전한다. 따라서, 교번 감지부에 모든 소자의 활성은, 연속성 접속 소자의 진행이 교번 감지부에 부축의 둘레로 연장하기 때문에, 동일한 감지부에서 전기-활성 소자의 상대적 회전을 일으킨다. 이러한 방식에서는, 증량적 가산 회전이 멤버(261)의 길이를 따라서 발생한다.
모든 경우에서, 전기-활성 재료는 전극에 적절한 유극 전압을 적용하여 적절한 활성을 허용하도록 유극으로 된다.
사용
본 발명의 전기-활성 장치는 광범위한 사용영역을 가진다.
일 모드의 조작으로 전기-활성 장치는 전기적으로 활성화 된다. 이러한 경우에는, 주축을 따르는 상대적 이동으로 전기-활성 장치의 전극에 가해지는 신호를 변환하는데 운영체로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 이러한 조작 모드에서는, 확성기, 데이터-저장 디스크 헤드 위치 메카니즘, 렌즈 또는 거울 위치설정 장치, 컴퓨터 프린터에 위치 소자 또는 스캐너에 리니어 작동기로서 또는, 도어 래칭, 릴레이 및 서보 시스템을 포함하는 광범위한 적용물에서 전자기 솔레노이드의 대체물로서 사용된다. 모터 차량에서의 사용에서는, 제어 시스템이 예를 들면 트로틀과 쵸크 제어용으로 그리고 가능하게는 메인과 윙 밀러용으로 고찰된다. 그리고, 본 발명의 작동기의 저중량과 저파워 소비는 그 적용이 현재 작동기에서는 절대로 실질적이지 않은 신규 적용에 대한 상승을 제공하는 것이다.
장치의 사용이 가능하도록, 소자가 적절하게 활성화 될 때에 어울러서 이동하도록 일반적으로 일 또는 양측 단부의 파트를 남기는 어느 정도 상당하게 고정된 몸체에 장착을 가능하게 하는 수단을 가진다. 이들의 활성 시에 행위와 이들이 활용되는 작업을 나타낸 다양한 모양은 상술된 설명과 같다.
따라서, 다른 면에서, 본 발명은 본원 발명의 전기-활성 장치의 사용을 제공하여 피압박 또는 이동될 필요가 있는 물체에 힘을 가할 수 있는 것이다. 보다 특정적으로는, 상기 사용은 활성 시에 곡선 축의 방향이 장치가 물리적으로 물체에 대한 가압동작을 일으키어, 요망 힘이 물체에 장치에 의해 발휘되도록 하는 물체에 관한 장착과 방향으로 되는 장치를 포함한다.
도54 내지 도57은 본 발명에 따르는 3개 전기-활성 장치(541-543)를 사용하는 위치설정 장치(540)를 나타낸 도면이다. 도54는 위치설정 장치(540)의 평면도이며, 도55 내지 도57은 측면도이다. 위치설정 장치는 서포트(544) 둘레에 규칙적으로 배열된 3개의 동일한 전기-활성 장치(541,542,543)를 이용하며, 각각은 나선 전환부가 절반의 형태로 주 곡선을 가진다. 전기-활성 장치(541-543)는 그 외부(저부) 단부(545)에서 서포트(544)에 고정된다. 그 내부(상부) 단부는 미러와 같이 위치설정되는 물체인 디스크(546)의 하측부에 고정된다.
장치(541-543)가 공통 전기적 신호에 의해 활성화 되면, 이들은 모두 도56에 도시된 바와 같이 그 레벨을 유지하는 디스크(546)를 이동시키도록 동일한 량으로 수직 상방향으로 연장된다. 다른 신호에 의한 전기-활성 장치의 선택적인 활성화로, 장치(541-543)가 다른 량으로 연장되어, 디스크(546)가 요동한다. 예를 들어, 도57은 제1장치(541)가 순차적으로 제3장치(543)보다 더 연장되어져 있는 제2장치(542)보다 더 수직적으로 연장되어져 있을 때에 위치설정 장치(542)를 나타낸 도면이다. 따라서, 위치설정 장치(540)는 수직적으로 디스크(546)를 이동시킬 수 있으며, 약2직교 수평축으로 디스크(546)를 요동시킨다.
도58과 도59는 본 발명의 전기-활성 장치의 사용을 나타낸 도면이며, 여기서 주 곡선은, 특히 도58에 확성기 콘 운영체로서 나선이며, 그리고 도59에 CD-리딩 레이저 포커스 렌즈 위치설정 장치로서 나선이다.
본 발명에 따르는 전기-활성 장치는 확성기 모터로서 사용된다. 대부분의 종래 확성기는 전자기 무빙-코일 모터를 사용하여 소리 파형으로서 전기적 파형을 재생산하도록 스티프 콘 전후를 운영한다. 이들은 선형성과 효율성 문제를 갖는 것이다. 본 발명의 장치는 우수한 선택성을 제공한다.
예를 들면, 도58은 주 곡선이 나선인 전기-활성 장치(581)가 확성기 프레임(585)에 고정된 타(축)단부(584)를 가진 종래 확성기 콘(583)의 후방에 일(축)단부(582)에서 부착된 확성기(580)를 나타낸 도면이다. 따라서, 전기-활성 장치(580)는 정상 마그네트와 음성-코일 조립체를 대체한다. 음향 주파수 범위에 AC파형에 의한 장치(581)의 활성은, 그 축선 길이가, 차례로 확성기 콘(583)이 전후방향으로 진동을 일으키어 인접 공기의 압축과 팽창을 생성하여 스피커로부터 음이 방출되게 하는 변경 파형과 동기로 증가 및 감소되게 한다.
상기 적용에서는, 적절하게, 피코일-코일 장치/스피커-콘 및 현수 조립체의 기본(축 모드) 공명 주파수가 관심 최저 주파수 근처이거나 그보다 낮게 재생되는 것을 보장한다.
종래 무빙 코일 장치를 능가하는 이러한 배열의 잇점은: 선형성(특히, 후술되는 피드백 감지 층과의 조합 시); 모터 조립체의 주어진 크기 및/또는 중량으로부터 가능한 상당히 큰 익스컬션(excursion); 상당히 낮은 중량(무 마그네트와 요크 조립체); 상당히 높은 효율(무 손실 저항성 보이스 코일); 및 보다 콤팩트한 조립체를 갖는 것이다.
최종적으로, 상술된 양 경우에서, 피코일-코일 장치가 무빙-코일 모터에 코 일의 동작을 이행함에 따른 조작을 위한 부가적인 축선 위치설정 동작을 요구하지 않기 때문에, 콘의 후방 서스펜션으로 완전하게 분배 할 수 있는 것이다.
도59는 예를 들어 CD와 DVD플레이어용의 레이저 빔의 포커싱과 위치설정 시에 본 발명의 피코일-코일 장치와, 하드-디스크(윈체스터) 저장 장치에 마그네틱 디스크 리드/라이트 헤드 위치설정을 위한 다른 적용을 나타낸 도면이다. 여기서, 상기 장치의 특별한 이득에는: 장거리에 걸친 고속도 활성; 우수한 선형성(특히 본원에 기술된 바와 같은 피드백 감지 층과의 결합 시); 낮은 파워 운영; 및 거의 제로에 가까운 파워 소비로 고정 위치를 유지하는 능력; 그리고 경량의 단순 형태가 있다.
도59는 렌즈(591)가 장치(592)와 공축으로 전기-활성 장치(592)의 일(자유, 축선) 단부에 부착되는 렌즈 위치설정 장치(590)의 예를 나타낸 도면이다. 장치(592)의 다른(축선) 단부는 CD 또는 DVD와 같은 디스크(594)의 반경방향으로 이동할 수 있는 프레임(593)에 고정된다. 정전압 또는 동전압에 의한 장치(592)의 활성은 렌즈(591)를 가진 장치(592)의 자유 단부가 프레임(593)에 장치(592)의 고정 단부에 대해 축방향으로 이동하도록 하여, 렌즈를 함께 취하며, 따라서 디스크(594)에 대한 렌즈 위치의 간단한 제어가 이루어지게 한다. 레이저 소스(595)는 장치(592)의 개방 중앙부를 통하여 빔(596)을 방출하여 디스크(594)에 렌즈(591)에 의해 포커스 되게 한다. 따라서, 장치(592)의 활성은 빔(596)의 포커싱을 조정한다.
이러한 포커싱 장치(590)의 저 중량은, 레이저 빔(596)에 의해 리드 또는 라 이트되도록 있는 디스크(594)에 대해 반경방향으로 전체 조립체가 이동하도록 위치된 두번째의 어느 정도 큰 피코일-코일 장치(도시 않음)에 의해 몸체적으로 이동되는 조립체 자신으로 그 자신이 양호하게 건네지게 한다.
역 모드 조작에서는, 전기-활성 장치가 기구적으로 동작하게 된다. 이러한 경우에는, 전기-활성 장치의 전극에 신호로 주 축선을 따르는 상대적 이동이 변환하는 센서 또는 전기-활성 장치의 전극에 교류전압으로 주 축선을 따르는 진동이동과 같은 상대적 이동이 변환하는 유사한 발전기로서 사용된다. 이러한 사실은 예를 들어 밧데리의 충전에 사용된다.

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  51. 전체 만곡도가 적어도 30。인, 만곡된 부축을 따라서 연장하는 전기활성구조를 구비한 전기활성장치로서,
    상기 전기활성구조가 부축 둘레에 연장하고, 활성화 될 때 부축 둘레를 휘감도록 전극과 함께 정렬된 연속 전기활성부분을 포함하여서, 연속 부분의 휨이 부축을 따라서 점진적으로 증가하면서 부축에 대하여 전기활성구조의 회전과 동시에 발생하는 전기활성장치.
  52. 제 51 항에 있어서, 전기활성구조가 부축을 따라서 연장하고 부축 둘레를 만곡하는 연속 전기활성멤버를 포함하며, 상기 연속 전기활성부분이 연속멤버의 인접한 한정된 부분인것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  53. 제 52 항에 있어서, 연속 전기활성멤버가 테이프인 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  54. 제 52 항에 있어서, 연속 전기활성멤버가 부축 둘레에서 나선으로 부축을 따라 연장하는것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  55. 제 54 항에 있어서, 연속 전기활성멤버가 부축과 평행하게 연장하는 멤버의 폭을 가로질러 배향된 층들을 가지는것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  56. 제 52 항 또는 제 53 항에 있어서, 연속 전기활성멤버가 부축을 따라서 꼬인 형상을 가지는것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  57. 제 52 항 내지 제 55 항 중 어느 한 항에 있어서, 연속 전기활성멤버가 부축의 길이를 따라 분리된 구간에서 전극들을 가지는것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  58. 제 52 항 내지 제 55 항 중 어느 한 항에 있어서, 전기활성구조가 부축을 따라서 각각 연장하고 부축 둘레에 각각 만곡하는 복수의 서로-짝지워진 연속 전기활성멤버를 포함하는것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  59. 제 51 항에 있어서, 전기활성구조가 상기 연속 전기활성부분을 구성하기 위해 상호 연결된 복수의 이산 전기활성소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  60. 제 59 항에 있어서, 부축을 따르는 연속 전기활성소자가 부축 둘레에 동일 방식으로 연장하여서, 부축 둘레에 동일 방식으로 전기활성물질의 연속 소자의 휨이 상기 회전과 동시에 발생하는 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  61. 제 59 항에 있어서, 부축을 따르는 연속적인 이산 전기활성소자가 부축 둘레에 동일 방식으로 연장하여서, 부축 둘레에 교대 방식으로 전기활성물질의 연속 소자의 휨이 상기 회전과 동시에 발생하는 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  62. 제 59-61 항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 이산 전기활성소자들이 개별적 연결 소자들에 의하여 개별적으로 성형되고 연결되는 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  63. 제 59-61 항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 이산 전기활성소자들이 단일 멤버로 형성된, 복수의 이산 전기활성소자들과의 연결부분들에 의하여 연결되는 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  64. 제 51-55 항 또는 제 59-61 항 중 어느 한 항에 있어서, 부축이 나선;나사선;일련의 적어도 두개의 동축나사선; 일련의 적어도 두개의 동축 나선;원;또는 원호중의 하나인 곡선으로 연장하는 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  65. 제 51-55 항 또는 제 59-61 항 중 어느 한 항에 있어서, 부축이 적어도 한 밴드에서 사이의 직선으로 구성되는 곡선으로 만곡하는것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  66. 제 51-55 항 또는 제 59-61 항 중 어느 한 항에 있어서, 부축이 불규칙 곡선으로 만곡하는것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  67. 제 51-55 항 또는 제 59-61 항 중 어느 한 항에 있어서, 부축이 단일 주축 둘레에 만곡하고 주축에서 360。미만으로 대응하는 곡선으로 만곡하는 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  68. 제 51-55 항 또는 제 59-61 항 중 어느 한 항에 있어서, 전기활성부분이 압전물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  69. 제 68 항에 있어서, 압전물질이 압전 세라믹 또는 압전 중합체인것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  70. 제 69 항에 있어서, 압전물질이 리드 지르코네이트 티타네이트(lead zyrconate titanate; PZT) 또는 폴리비닐리덴플루오라이드 [polyvinylidenefluoride (PDDF)]인 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  71. 제 51-55 항 또는 제 59-61 항 중 어느 한 항에 있어서, 연속 전기활성부분이 적어도 하나의 전기활성물질층을 포함하는 복수의 층을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  72. 제 71항에 있어서, 전기활성부분이 이중형태 또는 다중형태로써 반응하도록 적어도 두개의 전기활성물질층을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  73. 제 71 항에 있어서, 전기활성부분이 관련된 전극을 가진 센서층을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  74. 제 51-55 항 또는 제 59-61 항 중 어느 한 항에 있어서, 부축의 길이를 따라서 전기활성구조가 휨도 또는 강도를 변경하기 위하여 변형되는 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  75. 제 74 항에 있어서, 변형이 적어도 전기활성부분의 폭; 전기활성부분의 단면; 전기활성부분의 하나이상의 층의 단면; 또는 적어도 하나의 층의 구성 중의 하나인 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  76. 제 75 항에 있어서, 변형이 구조의 기하구조에 있는 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  77. 제 51-55 항 또는 제 59-61 항 중 어느 한 항에 있어서, 전기활성구조가 외부중합체 또는 탄성 물질로 제공되는 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  78. 제 51-55 항 또는 제 59-61 항 중 어느 한 항에 있어서, 부축은 전체 만곡도가 적어도 90。가 되도록 만곡되는 전기활성장치.
  79. 제 52-55 항 또는 제 59-61 항 중 어느 한 항에 있어서, 연속 전기활성멤버가 부축 둘레에 적어도 두개의 권수를 가지는 곡선에서 부축을 따라서 연장하는 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  80. 제 52-55 항 또는 제 59-61 항 중 어느 한 항에 있어서, 연속 전기활성멤버가 부축 둘레에 휘감김으로써 형성되어진 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  81. 제 52-55 항 또는 제 59-61 항 중 어느 한 항에 있어서, 연속 전기활성멤버가 부축을 따라서 움직일 수 있는 변환기에 반응하지 않는것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  82. 제 52-55 항 또는 제 59-61 항 중 어느 한 항에 있어서, 연속 전기활성멤버가 전기활성멤버를 따라서 연속적으로 연장하는 전도성 전극으로 성형된것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  83. 전체 만곡도가 적어도 30。인, 만곡된 부축을 따라서 연장하는 연속 전기활성멤버를 구비한 전기활성장치로서,
    연속 전기활성멤버가 부축 둘레에 만곡하고, 활성화 될 때 부축 둘레를 휘감도록 전극과 함께 정렬되는데, 연속 전기활성멤버의 연속된 한정된 부분의 휨이 부축을 따라서 점진적으로 증가하면서 부축에 대하여 전기활성멤버의 회전과 동시에 발생하는 전기활성장치.
  84. 전체 만곡도가 적어도 30。인, 만곡된 부축을 따라서 연장하는 전기활성구조를 구비한 전기활성장치로서,
    전기활성구조가, 상기 부축 둘레에 연장하기 위하여 함께 결합되고 활성화 될때 부축 둘레를 휘감기 위하여 전극과 함께 정렬된, 이산 전기활성부분을 포함하여서, 연속 전기활성소자들의 휨이 부축을 따라서 점진적으로 증가하면서 부축에 대하여 전기활성구조의 회전과 동시에 발생하는 전기활성장치.
  85. 전체 만곡도가 적어도 30。인, 곡선으로 연장하는 부축을 따라서 연장하는 전기활성구조를 구비한 전기활성장치로서,
    전기활성구조가 상기부축 둘레에 연장하고, 활성화 될 때 부축 둘레를 휘감도록 전극과 함께 정렬된 연속 전기활성부분을 포함하며, 상기 연속 전기활성부분이 상호 결합되어서, 연속 부분의 휨이 부축을 따라서 점진적으로 증가하면서 부축에 대하여 전기활성구조의 회전과 동시에 발생하며, 회전은 부축이 곡선의 국부평면으로부터의 구조의 변위와 동시에 발생하는 전기활성장치.
  86. 제 85 항에 있어서, 전기활성구조가 부축을 따라서 둘레에 연장하는 연속 전기활성멤버를 포함하며, 상기 연속 전기활성부분이 연속 멤버의 인접한 한정된 부분인 것을 특징으로 하는 전기활성장치.
  87. 전기활성장치의 제조방법에 있어서, 변형가능한 연속 전기활성멤버를 제 52-55 항 또는 제 59-61 항 중 어느 한 항에서의 구조로 감는 단계를 포함하는 전기활성장치의 제조방법.
  88. 제 87 항에 있어서, 압출, 동시-압출, 캘린더링에 의하여 먼저 연속 전기활성멤버를 만드는 것을 추가로 포함하는 전기활성장치의 제조방법.
  89. 제 87 항에 있어서, 상기 연속 전기활성멤버를 감는 단계가
    연속 전기활성멤버를 부축둘레에 있는 곡선으로 감는 단계; 및
    감긴 연속 전기활성멤버을 만곡시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 전기활성장치의 제조방법.
  90. 제 87 항에 있어서, 상기 연속 전기활성멤버를 감는 단계가 부 성형기 둘레에 연속 전기활성멤버를 평평하게 감는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 전기활성장치의 제조방법.
  91. 제 90항에 있어서,
    상기 부 성형기는 직선이며 변형가능하고;
    상기 연속 전기활성멤버의 부곡선을 만곡시키는 단계가 부성형기 및 연속 전기활성멤버를 만곡하는것을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기활성장치의 제조방법.
  92. 제 87 항에 있어서, 전기활성멤버를 세팅하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로하는 전기활성장치의 제조방법.
  93. 제 92 항에 있어서, 변형가능한 연속 전기활성멤버가 소결(燒結)가능한 가소성 세라믹 혼합물이고;
    상기 전기활성멤버를 세팅하는 단계가 가소성 물질을 연소하고, 연소된 물질을 소결시켜 치밀화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 전기활성장치의 제조방법.
  94. 전기활성장치의 제조방법에 있어서, 제 62항에서의 구조를 성형하기 위하여 소자들을 연결함으로써 복수의 개별적 전기활성 소자들을 상호 연결하는 단계를 포함하는 전기활성장치의 제조방법.
  95. 전기활성장치의 제조방법에 있어서, 연장된 멤버를 따라서 경도상에 위치되어지고 연결부분에 의하여 연결되어진 이산 전기활성소자를 성형하기 위하여 연장된 전기활성멤버를 절삭하는 단계;
    연장된 멤버를 따라서 경도상으로 연장하는 연장된 전기활성멤버를 절삭하는 단계; 및
    제 63 항에서 정의된 구조를 성형하기 위하여 주축 둘레에 만곡되고 연장된 전기활성멤버를 절삭하는 단계를 포함하는 전기활성장치의 제조방법.
  96. 제 51-55 항, 제 59-61 항 또는 제 83-86 항 중 어느 한 항에서의 전기활성장치를 전기활성장치의 전극에 인가된 신호를 상대적인 변위로 변환시키기 위한 장치로 사용하는 방법
  97. 제 51-55 항, 제 59-61 항 또는 제 83-86 항 중 어느 한 항에서의 전기활성장치를 상대적 변위를 전기활성장치의 전극상의 신호로 변환시키기 위한 센서로 사용하는 방법.
  98. 제 51-55 항, 제 59-61 항 또는 제 83-86 항 중 어느 한 항에서의 전기활성장치를 상대적 변위를 전기활성장치의 전극상의 전압으로 변환시키기 위한 발생기로 사용하는 방법.
  99. 렌즈의 위치를 정하는 장치로써, 전기활성장치의 활성화에 의하여 렌즈의 이동을 위한 렌즈를 장착한 제 51-55 항, 제 59-61 항 또는 제 83-86 항 중 어느 한 항에서의 전기활성장치를 포함하는 렌즈의 위치를 정하는 장치.
  100. 위치를 정하는 장치로서,
    지지부;
    위치될 물체;
    제 51-55 항, 제 59-61 항 또는 제 83-86 항 중 어느 한 항에서의 복수의 전기활성장치 및 지지부와 위치될 물체에 연결되는 것을 포함하는 위치를 정하는 장치.
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