(57)【要約】      （修正有）【課題】新規な電気機械変換器を得る。【解決手段】少なくとも２つの層を含む多層構造を持ちその厚さを変えることができる少なくとも１つの変換素子２を含む電気機械変換器を提供する。変換素子２は、空気が変換素子２の内部をその厚み方向に流れることおよび変換素子２の少なくとも１つの表面を通って変換素子２の厚み方向に変換素子２に流入および流出することを許容する。この変換素子は、例えばエネルギーを機械エネルギーから電気エネルギーおよび／またはその逆に変換するために使用できる。【選択図】図１
2011030420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの変換素子（２，２ａ，２ｂ）を含み、この変換素子（２，２ａ，２ｂ）は、当該変換素子（２，２ａ，２ｂ）が厚さを変えることができるように少なくとも２つの層を含む多層構造をしている電気機械変換器であって、
少なくとも２つの変換素子（２，２ａ，２ｂ）を含み、
前記変換素子（２，２ａ，２ｂ）が当該変換素子（２，２ａ，２ｂ）の内部を厚み方向に空気が流れることを許容し、それにより変換器（１）の質量の中心（ｍ０）が動かされることおよび／または前記質量の中心（ｍ０）の動きから信号が発生されることを可能にしていること
を特徴とする変換器。
【請求項２】
前記電気機械変換器（１）が少なくとも１つの不通気層（９）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の変換器。
【請求項３】
前記変換素子（２，２ａ，２ｂ）が別々に制御可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の変換器。
【請求項４】
前記電気機械変換器（１）がそれらの間に不通気層（９）が挟み込まれた少なくとも２つの変換素子（２，２ａ，２ｂ）を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項５】
前記変換素子（２，２ａ，２ｂ）の外面が不通気層（９）であり、空気が第１の変換素子（２ａ）から第２の変換素子（２ｂ）にまたその逆に、前記第２の変換素子（２ｂ）に対向する面を通って流れることが許容されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項６】
前記電気機械変換器（１）が少なくとも１つの通気性を有する追加の質量（１５）を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項７】
前記変換器（１）が当該変換器（１）の動作を線形化するためのフィードバック構成を備えている請求項１乃至６のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項８】
前記フィードバック構成が前記変換器（１）の表面にかかる圧力（Ｐ）を測定するためのセンサーを含み、前記圧力（Ｐ）がフィードバックに使われることを特徴とする請求項７に記載の変換器。
【請求項９】
前記変換器（１）が、異なる層に加えられるべき信号を、異なる層に加えられるべきそれぞれの信号から特定の周波数が除去されるように濾波するよう構成された濾波手段を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項１０】
前記変換器の外側の層に加えられるべき信号から実際上どの周波数も濾波により除去されず、内部の層に加えられるべき信号から高い周波数が濾波により除去されることを特徴とする請求項９に記載の変換器。
【請求項１１】
信号が抵抗（Ｒ１からＲ３）を使って濾波されることを特徴とする請求項９または１０に記載の変換器。
【請求項１２】
前記変換素子の１つの層が不織材から作られた多孔層（３）を含むことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項１３】
前記多孔層（３）の表面に真空蒸着により導電性を有する金属層（４）が設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の変換器。
【請求項１４】
不織材から作られた前記多孔層（３）が導電性を有する材料から製造されることを特徴とする請求項１２に記載の変換器。
【請求項１５】
前記変換素子がそれらの間に空隙（１０）が設けられた磁化された層（１２）から構成され、電流導体（１３）が前記磁化された層（１２）の間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項１６】
前記変換素子の１つの層が、エレクトレット物質の離間した点、領域、縞から構成されるエレクトレット層（１４）が表面に形成された多孔層（３）を含むことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項１７】
エネルギーを機械エネルギーから電気エネルギーにおよび／またはその逆に変換するための方法であって、変換素子（２，２ａ，２ｂ）は、２つの層を含む多層構造を持ち、当該変換素子（２，２ａ，２ｂ）の厚さを変えることができるように製造される方法であって、
少なくとも２つの変換素子（２，２ａ，２ｂ）を含む変換器（１）が製造され、前記変換素子（２，２ａ，２ｂ）が当該変換素子（２）の内部をその厚み方向に空気が流れることを許容し、前記変換素子（２，２ａ，２ｂ）が、前記変換器（１）の質量の中心（ｍ０）が動くようにおよび／または前記質量の中心（ｍ０）の動きから信号が発生されるように制御されること
を特徴とする方法。
【請求項１８】
異なる変換素子（２，２ａ，２ｂ）が同じ制御信号により制御されるが、２つの異なる変換素子における制御信号の効果が逆位相である請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記変換素子（２，２ａ，２ｂ）が別々に制御されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記電気機械変換器が少なくとも１つの不通気層（９）を含み、空気の圧力または振動を発生するために使用されることを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記変換器の動作がフィードバックにより線形化されることを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記変換器（１）の表面にかかる圧力（Ｐ）がフィードバックのために測定されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
異なる層に加えられる各信号から特定の周波数が除去されつつ信号が前記変換素子の異なる層に加えられることを特徴とする請求項１７乃至２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
実際上すべての周波数を含む信号が前記変換器（１）の外側の層に加えられ、高い周波数が濾波により除去された信号波形が前記変換器の中間の層に加えられる請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
高い周波数が抵抗（Ｒ１からＲ３）により信号から濾波して除去されることを特徴とする請求項２３または２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの層を含む多層構造を持ちその厚さを変えることができる少なくとも１つの変換素子を含む電気機械変換器に関する。
【０００２】
本発明はさらに、エネルギーを機械エネルギーから電気エネルギーにおよび／またはその逆に変換するための方法であって、少なくとも２つの層を含む多層構造を持ちその厚さを変えることができる変換素子を少なくとも２つ製造することを含む方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
例えば多孔性の固定板の間に静電気により動く膜が配置された静電変換器は知られている。このような解決策においては、膜の動きの振幅および力が低いか、または必要な制御電圧が非常に高い。このような静電変換器の一例が国際公開公ＷＯ９７／３１５０６に開示されている。
【０００４】
国際公開公報ＷＯ９９／５６４９８は、各層が少なくとも１つの多孔層とその多孔層からある距離に置かれたプラスチック膜を含む、重ね合わされた複数の層を含む電気機械変換器を開示している。多孔層とプラスチック膜は実際上支持点においてだけ互に接触している。支持点は構造の全体がその厚さを変えることを可能にする。厚さの変化は電界によって引き起こされる。厚さが減少させられるときは、これらの層は互いに相手に向かって押され、同時にプラスチック膜の間の空気を押す。しかしながら、空気を押すには大きな力が要る。そのため、このような変換器の振幅は比較的小さい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、新規な電気機械変換器およびエネルギーを変換するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電気機械変換器は、変換素子が、空気が変換素子の内部を厚み方向に流れることおよび変換素子の少なくとも１つの表面を通って変換素子の厚み方向に変換素子に流入および流出することを許容することを特徴とする。
【０００７】
さらに、本発明の方法は、変換素子が、空気が変換素子の内部を厚み方向に流れることおよび変換素子の少なくとも１つの表面を通って変換素子の厚み方向に変換素子に流入および流出することを許容すること、および変換素子が個別に制御されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の基礎を成すアイデアは、電気機械変換器は、変換素子がその厚さを変えることを可能にするための少なくとも２つの層を含む多層構造を持つ、少なくとも１つの変換素子を含むことを特徴とする。さらに別のアイデアは、変換素子が、空気が変換素子の内部を厚み方向に流れることおよび変換素子の少なくとも１つの表面を通って変換素子の厚み方向に変換素子に流入および流出することを許容することである。１つの実施例の基礎を成すアイデアは、電気機械変換器が少なくとも１つの不通気層を備えていることである。第２の実施例の基礎を成すアイデアは、電気機械変換器が別々に制御されることができる少なくとも２つの変換素子を含むことである。第３の実施例の基礎を成すアイデアは、電気機械変換器が、間に不通気層が置かれた少なくとも２つの変換素子を含むことである。第４の実施例の基礎を成すアイデアは、電気機械変換器が少なくとも２つの変換素子を含み、かつ変換素子の外表面に不通気層を持ち、空気が第１の変換素子から第２の変換素子にまたはその逆に第２の変換素子に面する表面を通って流れることが許容されることにある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の１つの利点は、空気が要素の表面を通って要素の厚み方向に流れることができるので、変換素子の厚さが変化するときに動きに抵抗する力が発生せず、変換素子の振幅がかなり大きくなることを可能にすることである。変換素子の厚さが変化するとき、圧力に抗して仕事をしなくてもいいので、そのためこの変換素子は非常に良好な効率を持つ。すなわち、低い制御電圧で比較大きな変形および／または動きを生じさせることが可能になる。また同様に、変換素子の変形および／または動きは、非常に強い信号を発生させる。電気機械変換器が少なくとも１つの不通気層を持つときは、この変換器は音圧を発生することができる。電気機械変換器が別々に制御できる少なくとも２つの変換素子を持つときは、例えば、変換器が動かされるとき変換器の質量の中心の加速度がエネルギーを発生させる構造が実現される。他方、変換器の質量の中心を動かすこともできる。さらに、変換器の異なる変換素子が別々に制御できるときは、複数の異なる指向性／音特性が得られる。電気機械変換器の外面を不通気層にして、空気が実際上電気機械変換器の変換素子相互間でだけ流れることができるようにし、かつ異なる変換素子に逆位相の信号を加えることで、１方の変換素子が薄くなるとき他方の変換素子が厚くなり、またその逆の動作をする電気機械変換器が実現される。しかしながら、電気機械変換器全体の厚さは一定であり、構造全体の質量の中心が動く。変換器の穴のない表面は、質量の中心と反対の方向に動く、すなわち、変換器の厚さは変化しないが、にもかかわらず要素の表面は動く。さらに、変換器の表面は同期して動き、音または振動を発生する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
添付の図面を参照しながら本発明をより詳しく説明する。
【図１】図１は１つの電気機械変換器を概略的に示す横断側面図である。
【図２】図２は第２の電気機械変換器を概略的に示す横断側面図である。
【図３】図３は第３の電気機械変換器を概略的に示す横断側面図である。
【図４】図４は第４の電気機械変換器を概略的に示す横断側面図である。
【図５】図５は、上方から斜めに見た、第５の電気機械変換器を概略的に示す断面図である。
【図６】図６は、上方から斜めに見た、第６の電気機械変換器を概略的に示す断面図である。
【図７】図７ａおよび７ｂは、本発明による電気機械変換器の説明図である。
【図８】図８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄおよび８ｅは、本発明によるさらにもう１つの電気機械変換器の説明図である。
【図９】図９ａ、９ｂおよび９ｃは、電気機械変換器の実施例を概略的に示す側面図である。
【図１０】図１０は、図９ｃによる電気機械変換器を示す詳細図である。
【図１１】図１１ａ、１１ｂおよび１１ｃは、図９ｃによる電気機械変換器の使い方を示す詳細図である。
【図１２】図１２は、電気機械変換器を概略的に示す横断側面図である。
【図１３】図１３は、電気機械変換器を概略的に示す横断側面図である。
【図１４】図１４は、電気機械変換器を概略的に示す横断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は電気機械変換器１を示す。電気機械変換器１は多層構造から成る変換素子２を含む。変換素子２は、弾性材料から作られた多孔層３を含む。弾性はここでは材料が曲がることを意味する。多孔層３の上面および下面には、金属層４が設けられている。多孔層３の下面には、非導電層の働きをするプラスチック膜５が貼り付けられている。プラスチック膜５は、例えばポリプロピレン、ポリメチルペンタンまたは環状オレフィン共重合体から作ることができる。さらに、プラスチック膜５は、エレクトレット膜として帯電させられていてもよい。
【００１２】
多孔層３は、プラスチック膜５とその下の多孔層３の間に空隙１０が形成されるように、支持点６として働く突起が設けられている。多孔層３は厚さが例えばほぼ２００ミクロンで、空隙１０は大きさが例えばほぼ５０ミクロンにすることができる。プラスチック膜５は同様に厚さが例えばほぼ３０ミクロンにすることができる。
【００１３】
電極７は、それらの間に空隙１０が存在する金属層４と４´に接続されている。制御電圧が電極７の間に加えられる。制御電圧は、隣り合う金属層４および４´を、相手に関して、すなわち互いに相手に向かってまたは互いに相手から離れる方向に動かす。支持点６は、金属層４および４´が互いに引き合う力を受けるとき、弾性材料から作られている多孔層３が曲がり、変換素子２がその全体において大きくその厚さを変えることを可能にするために、隣り合う空隙１０では異なる位置に設けられている。変換素子２の異なる層には、空気が、実際上圧縮されることなく、その厚み方向に変換素子２に流入およびそれから流出することを可能にする通路または穴８が設けられている。
【００１４】
この電気機械変換器の上面は、不通気層９になっている。この層は、プラスチック膜５の材料と同じような材料で作ることができる。当然なことに、不通気層９には通路または穴は設けられていない。変換素子２が圧縮されたとき、空気は、矢印Ａで示されるように、通路または穴８を通って下方に流れることが許される。制御電圧の効果が取り去られると、弾性材料から作られている多孔層３が図１に示されている形に戻る。この場合には図１で明らかなように空気は上向きに流れる。同様に、電極７の間の制御電圧の効果により変換素子２の厚さが増大させられると、空気は、図１に示されるように、通路または穴８を通って上方に流れる。変換素子２が変形するときは、不通気層９も変形し、音圧または振動を発生させる。
【００１５】
図２は、変換素子２が、図２に示されるように、順次積層され、エレクトレット膜として正または負の電荷を持つように帯電させられたプラスチック膜５を含む電気機械変換器１を示す。プラスチック膜５の下面には、金属層４が設けられており、それに対して電極７が接続されている。プラスチック膜５の間に空隙１０を形成するために、プラスチック膜５の間に支持点６が配置されている。プラスチック膜５と金属層４には、通路または穴８が開けられている。支持点６は隣接する層では位置が異なっている。この場合にも、電気機械変換器の上面は、不通気層９になっている。プラスチック膜５は厚さが例えば３０ミクロン、空隙１０は大きさが例えばほぼ２０ミクロンにすることができる。図２の電気機械変換器の動作は、図１の電気機械変換器の動作と同じである。
【００１６】
図３は、変換素子２の層が２枚の帯電したプラスチック膜５を互いに組み合せ、それらの間に金属層４を挟み、この金属層に電極７を接続することにより構成された電気機械変換器１を示す。支持点６は例えば接着性の小突端または接着性の細長い形状でもよい。
【００１７】
図４は、変換素子の多層構造が両面にプラスチック膜５を貼り付けた多孔層３を含む、電気機械変換器１を示す。多孔層３は例えば炭素繊維または類似の導電性多孔材料から作ることができる。多孔層はしたがって例えば不織金属繊維のような金属繊維材料からも作ることができる。多孔層３は導電材料で作られているので、電極７は多孔層３に接続することができる。図４による電気機械変換器は、不通気層９を含まない。そのため空気は変換素子２の上面および下面を通り抜けることができる。
【００１８】
図５は２つの変換素子２ａおよび２ｂを含む電気機械変換器を示す。変換素子２ａおよび２ｂの両方とも、その厚み方向に圧縮可能な材料から成る多孔層３を含む。多孔層３の少なくとも１面には、例えば真空蒸着により、通気性のある金属層４が形成されている。多孔層３は永久電荷を含んでもよい。電極７が１枚おきの金属層４に接続され、１枚おきの金属層４が接地電極１１に接続されている。電気機械変換器１の上面および下面には、不通気層９が設けられている。多孔層３は例えば繊維布または他の通気性のある材料から作られており、また金属層４も通気性があるので、空気が変換素子内の層を次々に通り抜けて流れることができ、そして空気はさらに上側の変換素子２ａから下側の変換素子２ｂにまたその逆に流れることができる。
【００１９】
上側の変換素子２ａに信号が加えられ、同じだが位相が逆の信号が下側の変換素子２ｂに加えられる。そして上側の変換素子２ａが薄くなったとき、下側の変換素子２ｂが厚くなって、空気が上側の変換素子２ａから下側の変換素子２ｂに流れることを可能にする。電気機械変換器の全厚さは、したがってほぼ同じである。しかしながら、電気機械変換器１の質量ｍ０の中心はそれと同時に移動する。電気機械変換器１の上面および下面を構成する不通気層９は、質量ｍ０の中心の動きと反対方向に動く。すなわち、電気機械変換器１の厚さは変化しないけれども、素子は実際には動く。上側の表面と下側の表面は同期して動き、それにより音および振動を発生する。異なる変換素子２ａおよび２ｂに対するこの制御信号の効果は、１つの変換素子２ａまたは２ｂの多孔層３の電荷を図５に示されている電荷と逆符号であるように変えることにより、逆の位相でも得ることができる。この場合には、変換器１は、同じでかつ同相の信号が変換素子２ａおよび２ｂの両方に加えられたときに、上に開示されているように動作する。簡単であるため、このような解決策も、変換器１が変換器１の動きまたは変形から電気エネルギーを発生するために使われるときに有利である。
【００２０】
図６は、変換素子２が次々に積層され、それらの間に空隙１０が形成されている磁化された層１２を含む電気機械変換器１を示す。磁化された層１２は、例えば材料のほぼ半分がプラスチックから成り材料の半分が粉末の磁性材料から成るようなプラスチックと粉末の磁性材料の混合物から作られる。これは永久磁化可能な層が実現されることを可能にする。磁化された層は１２は厚さが例えば２００ミクロン、および空隙１０は大きさが例えば５０ミクロンである。図６に示されているように、１つおきの空隙内には、磁化された層１２の間に、電流導体１３が配置されている。電流導体１３により伝えられる電流Ｉは、電磁変換器１の磁界Φを発生する。電流導体１３は、隣接する電流導体１３内では電流が反対向きに流れるように設けられている。これは磁界Φが互いに強め合うことを意味する。磁化された層１２の永久磁化は変換素子２に基本的な圧縮を与え、電流Ｉによって振動が与えられる。電流導体１３は例えばプリント配線技術により実現することができる。磁化された層１２から構成されるこの電気機械変換器は、磁性材料が重いので、大きな質量を持つ。その結果、変換素子の質量の中心の動きはかなり大きな効果を持つ。
【００２１】
図７は、その両面が通気性がある簡単化された電気機械変換器１を示す。これは図７ａ、７ｂおよび８ａから８ｅにおいて破線により示されている。空気はしたがって電気機械変換器の上面および下面を通過して流れることができる。すなわち例えば変換素子２が薄くなるとき、空気は上面および下面の両方を通って放出される。この場合には、この電気機械変換器は圧力発生能力を持たない、すなわち音圧を発生しない。しかしながら、この電気機械変換器は動きまたは力を発生する。すなわちその変換は電気を発生させるために使うことができる。このような電気機械変換器１は、キーの押圧によって引き起こされる信号を発生するためのメンブレイン・キーの下に使うことができる。同時に、この変換器１は、例えばバッテリを充電するために使用することもできる。このような電気機械変換器は、空気を圧縮するための仕事が必要とされないので、非常に効率が高い。図７ａの電気機械変換器の基本的なアイデアは、図４の電気機械変換器のそれと類似している。
【００２２】
図７ｂの電気機械変換器の上面には不通気層９が設けられている。図７ｂの解決策はしたがって図１、２および３の電気機械変換器に対応している。変換素子２の厚さが変化するとき変換素子２の質量が不通気層９を動かすので、不通気層９により当該電気機械変換器１も音を発生する。
【００２３】
図８ａは、互に重ね合わされた２つの変換素子２ａおよび２ｂを含む電気機械変換器１を示す。変換素子２ａおよび２ｂの両方とも別々に制御できる。電気機械変換器１が動かされると、その質量の中心ｍ０の加速度がエネルギーを発生させる。動かされたときこの電気機械変換器はエネルギーを発生するので、この電気機械変換器は例えば携帯装置のためのバッテリ充電容器として使うことができる。
【００２４】
図８ｂは、下面および上面に不通気層９が設けられた電気機械変換器１を示す。図８ｂの構成は、図５の電気機械変換器に対応する。
【００２５】
図８ｃは、互に重ね合わされた２つの変換素子２ａおよび２ｂとそれらの間に設けられた不通気層９を含む電気機械変換器１を示す。このような電気機械変換器１中の不通気層９が動くと、それは音を発生する。これは、電気機械変換器１はそれ自体で音を発生することを意味する。
【００２６】
図８ｄに示される解決策の基本アイデアは、２つの変換素子２ａおよび２ｂが互いに接すること以外は、図７のアイデアと同じである。変換素子２ａおよび２ｂは個別にまたは一緒に、同相または逆相で制御できる。図８ｅでは、上側の変換素子はその上側および下側の表面に不通気層９を設けることにより封止されており、空気は下側の変換素子の下側の面を通って自由に流れる。図９ａから９ｃでは、電気機械変換器は、１つまたはそれ以上の通気性の追加の質量１５が付加されている。追加の質量１５は、電気機械変換器１の重さ、したがって質量効果を増大させることを可能にする。追加の質量１５は、例えば穴をあけた金属板または多孔性の焼結金属板でよい。
【００２７】
図１０は、図９による電気機械変換器１のより詳しい説明を示す。変換素子２ａおよび２ｂは順次積層されたプラスチック膜５と、それらの間の支持点６を持つ。上側の変換素子２ａにおいては、プラスチック膜５の上面に金属層４が設けられている。そして、それに対応して、下側の変換素子２ｂではプラスチック膜の下面に金属層４が設けられている。通気性の追加の質量１５に近い側のプラスチック膜５には穴８が設けられている。
【００２８】
信号Ｓ１が増幅器１６ａを通して上側の変換素子２ａに加えられ、同様に、信号Ｓ２が増幅器１６ｂを通して下側の変換素子２ｂに加えられる。不通気層９に最も近いプラスチック膜５は穴８が設けられていない。不通気層９に最も近くかつ負電荷が帯電させられたプラスチック膜５は、図１０におけるセンサーの役割を果たすように構成されている。この層により測定される圧力Ｐは、フィードバックとして増幅器に加えられる。ここで、圧力Ｐは、変換器１の表面にかかる圧力を表す。このセンサーはしたがって変換器１の表面に最も近い密閉された空隙の圧力を測定する。このフィードバックは、例えばアクチュエータの働きをする変換器１の動作を線形化する。実時間での線形化はこのようにアナログ・システムにより行われる、すなわち線形化のために複雑なプロセッサなどが必要とされない。このフィードバックは、いわゆる電流フィードバックにより行うこともできる。これは、変換素子と直列に接続された１つの抵抗器またはコンデンサの極から変換素子により取り込まれる電流を測定し、その測定された電流信号をフィードバック信号として使うことにより行うことができる。
【００２９】
雑音低減用途においては、目標は変換器１の所望の表面を動かないようにするおよび／または所望の空隙の圧力が変わらないように保つことである。図１０においては、例えば、目標は、変換器１の下面を動かないようにすることおよび／またはそれに反して空隙内の圧力を不変に保つことであろう。次に信号Ｓ２がゼロに設定され、そして変換器１の下面を動かないようにすることおよび／または変換器の下面に加わる圧力を不変に保とうとするためにフィードバックが使われる。変換器１の上面は同時に所望の信号Ｓ１にしたがって音を発生してもよい。
【００３０】
図１１ａから１１ｃは、図９ｃおよび１０に開示される電気機械変換器１がどのようにして異なる素子として働くことができることを示す。電気機械変換器１は、例えば、図１１ａによれば、カージオイド音源の働きをすることができる。この場合には、音圧の変化は変換器１の１側だけで起きる。図９ｃにおける矢印Ｂは、例えば上側の不通気層９が下方に動き、変換素子２ａの異なる層も同時に下向きに動く様子を示す。変換素子２ｂの層も下向きに動くが変換器１の下面すなわち下側の不通気層９はほとんど動かない。変換器１の下側の部分、すなわち下側の変換素子２ｂはしたがって変換器１の上側の部分、すなわち上側の変換素子２ａにより発生される下向きの能動運動を補償する信号を発生するために使われる。これはフィードバックを使うことにより上述の方法で行うことができる。信号Ｓ１を上側の変換素子２ａに加え、振幅が例えばＳ１の半分で位相が信号Ｓ１の位相の反対である信号を下側の変換素子２ｂに加えることもできる。これは、下側の変換素子２ｂに向かって振動を送る上側の変換素子２ａの部分が減衰されることを可能にする。下側の変換素子２ｂに加えられるべき信号の大きさは、上側の変換素子２ａの信号のそれが変換器１内を伝わる間の減衰量に従って、さらに小さくすることができる。フィードバック構成は、この実施例にも使用することができる。
【００３１】
図１１ｂは、変換器１の双極子音源としての動作のしかたを示す。図９ｃの矢印Ｃにより示されるように、上側の不通気層９と上側の変換素子２ａの層は、下側の不通気層９と下側の変換素子２ｂの層と同じ方向に動く。したがって圧力効果は変換器１の両面において符号が反対になる。
【００３２】
図１１ｃは、変換器１の単極子音源としての動作のしかたを示す。したがって変換器１の両面における音圧は同符号になる。図９ｄの矢印Ｄにより示されるように、上側の不通気層９と上側の変換素子２ａの層が下向きに動くとき、下側の不通気層９と下側の変換素子２ｂの層は上向きに動く。
【００３３】
図１２は、変換素子２が多孔層３を含む変換器１を示す。多孔層３は例えば不織ポリエステル繊維材から作ることができる。多孔層３の両面は、例えば真空蒸着により金属層４が形成される。多孔層の両面の金属層４は互いに接続されていて、多孔層３とその両面はそれに対して１つの電極が接続されるべき１つのユニットを構成している。変換素子２はエレクトレット層を含まないので、この解決策が図１２においてＵ０と呼ばれるバイアス電圧を用いることが必要である。
【００３４】
信号Ｓ１が、抵抗器Ｒ１、Ｒ２またはＲ３を使って濾波されて、異なる層に加えられる。もちろん、もっと多くの金属層４が設けられた多孔層があってもよく、それはもっと多くの抵抗器もあることを意味する。抵抗器Ｒ１からＲ３は異なる大きさを持ち、それは各抵抗器が信号Ｓ１から異なる周波数を濾波して取り除くことを意味する。抵抗器Ｒ１が最小の抵抗器であるように選択され、抵抗器Ｒ３が最大の抵抗器であるように選択されているとき、上部の層にはほぼすべての周波数が加えられることができ、主として低い周波数を含む信号が最下層に加えられる。ある層が高い周波数で振動するときは、大きな動きは必要とされない。他方、低い周波数では、層の動きは非常に大きい。下部の層では、それらの合計の動きは変換素子２の厚さの変化の大きさと同じになる。低い周波数で振動する下部の層はしたがって非常に大きく動くことができる。第１の抵抗器Ｒ１は例えば１００オームのオーダーであり、第２の抵抗器Ｒ２は第１の抵抗器Ｒ１よりも例えば５倍大きく、同様に、第３の抵抗器Ｒ３は第２の抵抗器Ｒ２よりも５倍大きい、等である。層の数は、変換素子が発生することができる最大出力に影響を与える。異なる層に加えられるべき信号を異なるやり方で濾波することは、全体としての変換素子２の効率を改善する。
【００３５】
隣接する多孔層３は１つのコンデンサを構成する。濾波において、抵抗器Ｒ１からＲ３に加えてまたはそれらの代わりに、そのインダクタンスが異なる層の間の容量に適合するように決められたコイルを使用することもできる。振動しているとき、異なる層は電流も発生する。これも抵抗器中の損失および構造に対する減衰を発生させる。
【００３６】
図１３において、多孔層３は不織炭素繊維または不織金属繊維のような、導電性を有する繊維材料から作られる。電極７は多孔層３に直接に接続することができる。多孔層３の表面の繊維の上には、繊維の被覆物質として、例えば薄い吹付けワニスを塗装してもよい。吹付けワニスの厚さは１ミクロンのオーダーでよく、その場合にはワニスは空気が多孔層を通過するのを妨げない。しかしながらワニスは絶縁体として働き、空隙１０とワニスが一緒になって多孔層３の間の短絡を防止する。
【００３７】
図１２に示されるものよりもっと複雑な濾波による解決策を用いる場合には、各電極７に正確に所望の周波数を加えることができる。しかしながら、最も好ましくは、すべての周波数を含む信号が上部の層に加えられ、最も高い周波数が濾波して除かれた信号波形が中間の層に加えられ、実際上最も低い周波数を含む信号が最下層に加えられる。最上層から、エネルギーが上方向および下方向の両方に放出されるが、それより下の層は多孔材で作られているので、上の層からそれらに向けられた信号を吸収する。図１３の解決策は、例えばその下面で壁に取り付けることができ、しかも反射が背後の面から殆ど起こらない。信号を外部より上面および下面の両方から加えなければならない場合には、高い周波数を含む信号を両外表面に近い層に加え、最も低い周波数を含む信号を中間の層に加えることができる。
【００３８】
図１４は、その全体が導電性を有するか、または導電性を有する表面が設けられた多孔層３を含む変換素子２を示す。多孔層３の表面は、環状オレフィン共重合体ＣＯＣのようなエレクトレット物質が多孔層３の表面に滴下させるかまたは粉末として塗布されたエレクトレット層１４が設けられている。滴下の後にカレンダー加工が行われ、小滴または粒子がローラーにより多孔層３の表面に押しつけて平らにされる。エレクトレット小滴の大きさは0.5から1mmの範囲内であり、またそれらの間の距離は空気が変換素子２の厚み方向に通り抜けることを可能にしなければならない。支持点６は非導電性の材料から形成される。より好ましいのは、小滴を平らにするカレンダー・ローラーに支持点６を形成するためにいくらかの小滴または粉末を周囲より高いまま残す凹部を設けて、支持点６がエレクトレット層１４のそれと同じ材料物質で形成されることである。エレクトレット層１４は、このように、小滴または粉末のどちらかにより、エレクトレット物質が多孔層３の表面にランダムに分散しているように形成できる。エレクトレット物質は、例えば、所望のラスタ・パターンの形にすることもできる。さらに塗布工程においてスリット・ノズルを使用することにより、例えば多孔層３の表面にきちんと並べられた縞の形にすることもできる。エレクトレット層１４が離間したエレクトレット物質の点または領域または縞から成るときは、エレクトレット物質の層に別個に穴を設けることは必要ない。
【００３９】
図面とそれに関係する説明は本発明のアイデアを説明することだけを意図されている。その細部については、本発明は請求の範囲内で様々の態様を取る。変換素子はかなり多数の層を含むことができる。厚み方向への各層の動きが直列に結合されると、変換素子の動きの振幅は層の数が増えるにつれて増大する。さらに、電気機械変換器は、互いに接合された任意の数の変換素子を使用することができる。さらに、電気機械変換器は、図に示されるように直線形状でも、望まれるように曲がっていてもよい。電気機械変換器は、例えば一対の膜が非導電層と導電層を構成するように２つの膜を形成することにより構成できる。層構造は、その一対の膜を例えば円筒形に巻くことにより構成できる。変換素子はこのようにして層の間に容量を持たせることができ、また巻き付けはコイルを作る。そのため変換器はいくらかのインダクタンスを持つ。この膜は、鉄板の周りに巻き付けて、鉄芯コイルを作ることもできる。鉄板は変換器のための支持構造も提供し、また追加の質量の働きもする。変換素子の層の通気性の差違が、変換器の音の放出特性、すなわち変換器の指向特性が局所的に影響されることを可能にする。同じような制御の下で、１つの層の動きの大きさは通気性により変わる。通気は穴８の大きさおよび／またはそれらの間の距離により変えることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年9月22日(2010.9.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに重ね合わされた少なくとも２つの別々に制御される変換素子（２，２ａ，２ｂ）を含む電気機械変換器（１）であって、前記変換素子（２，２ａ，２ｂ）は、少なくとも２つの弾性部材の層（３）からなる多層構造を有し、前記弾性部材の層（３）の間に空隙（１０）が形成されるように前記弾性部材の層（３）を突起状の支持点（６）で支持してなり、前記変換素子（２，２ａ，２ｂ）は、隣接する前記弾性部材の層（３）を接離方向に動かすことにより、その厚さを変化させ、
前記変換素子（２，２ａ，２ｂ）は、当該変換素子（２，２ａ，２ｂ）の内部を厚み方向に空気が流れることを許容し、前記変換器（１）は、前記変換器（１）の表面に対する質量の中心（ｍ０）の動きに応じて電圧信号が発生されるように制御する、前記変換素子（２，２ａ，２ｂ）を別々に制御する制御手段を有すること
を特徴とする変換器。
【請求項２】
前記電気機械変換器（１）が少なくとも１つの不通気層（９）を備えていることを特徴
とする請求項１に記載の変換器。
【請求項３】
前記電気機械変換器（１）がそれらの間に不通気層（９）が挟み込まれた少なくとも２つの変換素子（２，２ａ，２ｂ）を含むことを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項４】
前記変換素子（２，２ａ，２ｂ）の外面が不通気層（９）であり、空気が第１の変換素子（２ａ）から第２の変換素子（２ｂ）にまたその逆に、前記第２の変換素子（２ｂ）に対向する面を通って流れることが許容されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項５】
前記電気機械変換器（１）が少なくとも１つの通気性を有する追加の質量（１５）を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項６】
前記変換素子の１つの層が不織材から作られた多孔層（３）を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項７】
前記多孔層（３）の表面に真空蒸着により導電性を有する金属層（４）が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の変換器。
【請求項８】
不織材から作られた前記多孔層（３）が導電性を有する材料から製造されることを特徴とする請求項６に記載の変換器。
【請求項９】
前記変換素子がそれらの間に空隙（１０）が設けられた磁化された層（１２）から構成され、電流導体（１３）が前記磁化された層（１２）の間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の変換器。
【請求項１０】
エネルギーを機械エネルギーから電気エネルギーに変換するための制御方法であって、
互いに重ね合わされた少なくとも２つの別々に制御される変換素子（２，２ａ，２ｂ）を含む電気機械変換器（１）によって実現され、前記変換素子（２，２ａ，２ｂ）は、少なくとも２つの弾性部材の層（３）からなる多層構造を有し、前記弾性部材の層（３）の間に空隙（１０）が形成されるように前記弾性部材の層（３）を突起状の支持点（６）で支持してなり、前記変換素子（２，２ａ，２ｂ）は、当該変換素子（２，２ａ，２ｂ）の内部を厚み方向に空気が流れることを許容し、
前記変換器（１）の表面に対する質量の中心（ｍ０）の動きに応じて電圧信号が発生されるように前記変換素子（２，２ａ，２ｂ）を別々に制御し、機械エネルギーを電気エネルギーに変換するステップを有すること
を特徴とする制御方法。
【請求項１１】
前記電気機械変換器（１）が少なくとも１つの不通気層（９）を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【外国語明細書】
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