(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シンセティックジェット装置（１２）であって、
第１の板と、
前記第１の板から離間された第２の板と、
チャンバ（２０）を形成するように前記第１の板と前記第２の板との間に結合されて配置された間隔構成要素（２８）であって、その中にオリフィス（３０）を含む間隔構成要素（２８）と、
前記第１の板または前記第２の板の少なくとも一方を選択的に撓ませるために該少なくとも一方に結合されたアクチュエータ要素（３４、３６）と
を備え、
前記第１の板および前記第２の板が、非金属の非導電性材料と導電性の金属材料から形成され、前記導電性金属材料が、フィラー材料、金属化層、および内部または外部に形成されたリードの１つを含む、シンセティックジェット装置（１２）。
【請求項２】
シンセティックジェット装置（１２）であって、
第１の板と、
前記第１の板から離間された第２の板と、
チャンバ（２０）を形成するように前記第１の板と前記第２の板との間に結合されて配置された間隔構成要素（２８）であって、その中にオリフィス（３０）を含む間隔構成要素（２８）と、
前記第１の板または前記第２の板の少なくとも一方を選択的に撓ませるために該少なくとも一方に結合されたアクチュエータ要素（３４、３６）と
を備え、
前記第１の板および前記第２の板が、少なくとも部分的に非金属材料から形成され、銅めっきされたプリント基板（ＰＣＢ）ブランク（７０）を備える、シンセティックジェット装置（１２）。
【請求項３】
前記非金属材料が、非導電性材料を含み、
前記非金属材料が、熱可塑性物質、熱硬化性物質、およびフィラー材料の少なくとも１つを含む、請求項２に記載のシンセティックジェット装置（１２）。
【請求項４】
シンセティックジェット装置（１２）であって、
第１の板と第２の板とその間のチャンバ（２０）とが形成されるように、前記第１の板と前記第２の板との間に配置されたブリッジ（８４）に沿って折り畳まれた一片の非金属材料（８２）と、
チャンバ（２０）を形成するように前記第１の板と前記第２の板との間に結合されて配置された間隔構成要素（２８）であって、その中にオリフィス（３０）を含む間隔構成要素（２８）と、
前記第１の板または前記第２の板の少なくとも一方を選択的に撓ませるために該少なくとも一方に結合されたアクチュエータ要素（３４、３６）と
を備えるシンセティックジェット装置（１２）。
連続した導電性リード（９０）が、前記一片の非金属材料（８２）の内部に形成され、前記ブリッジ（８４）を通って前記第１の板および前記第２の板のそれぞれの上の前記アクチュエータ要素（３４、３６）まで延在する、シンセティックジェット装置（１２）。
【請求項５】
シンセティックジェット装置（１２）であって、
第１の板と第２の板とその間のチャンバ（２０）とが形成されるように、前記第１の板と前記第２の板との間に配置されたブリッジ（８４）に沿って折り畳まれた一片の非金属材料（８２）と、
チャンバ（２０）を形成するように前記第１の板と前記第２の板との間に結合されて配置された間隔構成要素（２８）であって、その中にオリフィス（３０）を含む間隔構成要素（２８）と、
前記第１の板または前記第２の板の少なくとも一方を選択的に撓ませるために該少なくとも一方に結合されたアクチュエータ要素（３４、３６）と
を備えるシンセティックジェット装置（１２）。
不連続の導電性リード（９２）が、前記一片の非金属材料（８２）の内部に形成され、前記ブリッジ（８４）を通って前記第１の板および前記第２の板上の前記アクチュエータ要素（３４、３６）まで延在する、シンセティックジェット装置（１２）。
【請求項６】
前記第１の板および前記第２の板のそれぞれが、導電性金属材料を含み、該導電性金属材料が、フィラー材料、金属化層、および内部または外部に形成されたリードの１つを含む、請求項２乃至５のいずれかに記載のシンセティックジェット装置（１２）。
【請求項７】
前記第１の板および前記第２の板のそれぞれが、
非導電性の非金属基板（６２）と、
前記非導電性の非金属基板（６２）上に適用された導電性金属化層（６６）と
を備える、請求項６に記載のシンセティックジェット装置（１２）。
【請求項８】
前記第１の板および前記第２の板のそれぞれが、
可撓性誘電体層と、
前記可撓性誘電体層の外面上または前記可撓性誘電体層の内部に形成された導電性リードと
を備える、請求項４に記載のシンセティックジェット装置（１２）。
【請求項９】
シンセティックジェット装置（１２）を作製する方法であって、
少なくとも部分的に非金属材料から第１の板および第２の板を構成するステップと、
前記第１の板および前記第２の板の少なくとも一方を選択的に撓ませるために該少なくとも一方にアクチュエータ要素（３４、３６）を取り付けるステップと、
間隔構成要素（２８）を介して前記第１の板を前記第２の板に対して配置するステップであって、前記間隔構成要素（２８）が、チャンバ（２０）を形成するように離間した配置で前記第１の板を前記第２の板に固定し、その中にオリフィス（３０）を含むステップと、
前記アクチュエータ要素（３４、３６）への電圧の選択的印加を可能にするために前記アクチュエータ要素（３４、３６）ならびに該アクチュエータ要素（３４、３６）が取り付けられた前記第１の板および前記第２の板のそれぞれに電気接続部（６８）を取り付けるステップと
を含み、
前記第１の板および前記第２の板のそれぞれを構成する前記ステップが、銅めっきされたプリント基板（ＰＣＢ）ブランク（７０）を用意することを含む、
方法。
【請求項１０】
前記第１の板および前記第２の板のそれぞれを構成する前記ステップが、
非導電性の非金属基板（６２）を用意することと、
前記非導電性の非金属基板（６２）上に導電性金属化層（６６）を適用することと
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
シンセティックジェット装置（１２）を作製する方法であって、
第１の板と第２の板との間に配置されたブリッジ（８４）に沿って一片の非金属材料（８２）を折り畳むことにより第１の板と第２の板とを構成するステップと、
前記第１の板および前記第２の板の少なくとも一方を選択的に撓ませるために該少なくとも一方にアクチュエータ要素（３４、３６）を取り付けるステップと、
間隔構成要素（２８）を介して前記第１の板を前記第２の板に対して配置するステップであって、前記間隔構成要素（２８）が、チャンバ（２０）を形成するように離間した配置で前記第１の板を前記第２の板に固定し、その中にオリフィス（３０）を含むステップと、
前記アクチュエータ要素（３４、３６）への電圧の選択的印加を可能にするために前記アクチュエータ要素（３４、３６）ならびに該アクチュエータ要素（３４、３６）が取り付けられた前記第１の板および前記第２の板のそれぞれに電気接続部（６８）を取り付けるステップと
を含み、
連続した導電性リード（９０）が、前記一片の非金属材料（８２）の内部に形成され、前記ブリッジ（８４）を通って前記第１の板および前記第２の板のそれぞれの上の前記アクチュエータ要素（３４、３６）まで延在する、方法。
【請求項１２】
シンセティックジェット装置（１２）を作製する方法であって、
第１の板と第２の板との間に配置されたブリッジ（８４）に沿って一片の非金属材料（８２）を折り畳むことにより第１の板と第２の板とを構成するステップと、
前記第１の板および前記第２の板の少なくとも一方を選択的に撓ませるために該少なくとも一方にアクチュエータ要素（３４、３６）を取り付けるステップと、
間隔構成要素（２８）を介して前記第１の板を前記第２の板に対して配置するステップであって、前記間隔構成要素（２８）が、チャンバ（２０）を形成するように離間した配置で前記第１の板を前記第２の板に固定し、その中にオリフィス（３０）を含むステップと、
前記アクチュエータ要素（３４、３６）への電圧の選択的印加を可能にするために前記アクチュエータ要素（３４、３６）ならびに該アクチュエータ要素（３４、３６）が取り付けられた前記第１の板および前記第２の板のそれぞれに電気接続部（６８）を取り付けるステップと
を含み、
不連続の導電性リード（９２）が、前記一片の非金属材料（８２）の内部に形成され、前記ブリッジ（８４）を通って前記第１の板および前記第２の板上の前記アクチュエータ要素（３４、３６）まで延在する、方法。
【請求項１３】
前記第１の板および前記第２の板のそれぞれを構成する前記ステップが、前記シンセティックジェット装置（１２）の共振周波数を所望のレベルに調整する目的で前記第１の板および前記第２の板の剛性を所望の量に設定するために前記第１の板および前記第２の板の材料組成を選択することを含む、請求項９乃至１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の板および前記第２の板のそれぞれを構成する前記ステップが、導電性リードを含む可撓性誘電体層を用意することであって、前記導電性リードが、前記可撓性誘電体層の外面上または前記可撓性誘電体層の内部に形成され、前記導電性リードが、前記アクチュエータ要素（３４、３６）と該導電性リードに接続された前記電気接続部（６８）との電気的結合を可能にすることを含む、請求項９乃至１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
シンセティックジェット装置（１２）であって、
第１の板と、
チャンバ（２０）を形成するように前記第１の板から離間された第２の板と、
前記チャンバ（２０）の容積を変化させる目的で前記第１の板または前記第２の板の少なくとも一方を選択的に撓ませるために該少なくとも一方に結合されたアクチュエータ要素（３４、３６）と
を備え、
前記第１の板および前記第２の板のそれぞれが、
電気絶縁性の非金属材料を含む第１の材料と、
導電性材料を含む第２の材料であって、フィラー材料、金属化層、および前記第１の材料上または前記第１の材料内に設けられた内部または外部に形成されたリードのうちの１つとして形成された第２の材料と
を備え、前記第１の板および前記第２の板のそれぞれが、銅めっきされたプリント基板（ＰＣＢ）ブランク（７０）を備える、シンセティックジェット装置（１２）。
【請求項１６】
シンセティックジェット装置（１２）であって、
第１の板と第２の板とその間のチャンバ（２０）とが形成されるように、前記第１の板と前記第２の板との間に配置されたブリッジ（８４）に沿って折り畳まれた一片の非金属材料（８２）と、
前記チャンバ（２０）の容積を変化させる目的で前記第１の板または前記第２の板の少なくとも一方を選択的に撓ませるために該少なくとも一方に結合されたアクチュエータ要素（３４、３６）と
を備え、
前記第１の板および前記第２の板のそれぞれが、
電気絶縁性の非金属材料を含む第１の材料と、
導電性材料を含む第２の材料であって、フィラー材料、金属化層、および前記第１の材料上または前記第１の材料内に設けられた内部または外部に形成されたリードのうちの１つとして形成された第２の材料と
を備え、
連続した導電性リード（９０）が、前記一片の非金属材料（８２）の内部に形成され、前記ブリッジ（８４）を通って前記第１の板および前記第２の板のそれぞれの上の前記アクチュエータ要素（３４、３６）まで延在する、シンセティックジェット装置（１２）。
【請求項１７】
シンセティックジェット装置（１２）であって、
第１の板と第２の板とその間のチャンバ（２０）とが形成されるように、前記第１の板と前記第２の板との間に配置されたブリッジ（８４）に沿って折り畳まれた一片の非金属材料（８２）と、
前記チャンバ（２０）の容積を変化させる目的で前記第１の板または前記第２の板の少なくとも一方を選択的に撓ませるために該少なくとも一方に結合されたアクチュエータ要素（３４、３６）と
を備え、
前記第１の板および前記第２の板のそれぞれが、
電気絶縁性の非金属材料を含む第１の材料と、
導電性材料を含む第２の材料であって、フィラー材料、金属化層、および前記第１の材料上または前記第１の材料内に設けられた内部または外部に形成されたリードのうちの１つとして形成された第２の材料と
を備え、
不連続の導電性リード（９２）が、前記一片の非金属材料（８２）の内部に形成され、前記ブリッジ（８４）を通って前記第１の板および前記第２の板上の前記アクチュエータ要素（３４、３６）まで延在する、シンセティックジェット装置（１２）。
【請求項１８】
前記第１の板および前記第２の板を離間関係に保つように前記第１の板と前記第２の板との間に結合されて配置された間隔構成要素（２８）をさらに備え、前記第１の板、前記第２の板、および前記間隔構成要素（２８）が、全体として前記チャンバ（２０）を形成しており、前記間隔構成要素（２８）が、その中にオリフィス（３０）を含む、請求項１５乃至１７のいずれかに記載のシンセティックジェット装置（１２）。
【請求項１９】
前記第１の板および前記第２の板のそれぞれにおける前記第１の材料および前記第２の材料の組成が、前記シンセティックジェット装置（１２）の共振周波数を所望のレベルに設定するように前記第１の板および前記第２の板の剛性を所定の量に設定している、請求項１５乃至１８のいずれかに記載のシンセティックジェット装置（１２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非金属ブレード構造を有するシンセティックジェットに関する。
【背景技術】
【０００２】
シンセティックジェットアクチュエータは、表面から熱を拡散させるために表面への流体の流れに影響を及ぼすように流体のシンセティックジェットを生成する広く使用されている技術である。典型的なシンセティックジェットアクチュエータは、内部チャンバを画成するハウジングを備える。ハウジングの壁には、オリフィスが存在する。アクチュエータは、一連の流体渦が生成されて外部環境に向かってハウジングのオリフィスから外に発射されるように内部チャンバ内の容積を周期的に変化させるための機構を、ハウジング内またはハウジングの周囲にさらに含む。容積変化機構の例は、例えば、ピストンの往復運動中にオリフィスの中および外に流体を移動させるためにジェットハウジング内に配置されたピストンまたはハウジングの壁としての可撓性ダイヤフラムを含み得る。可撓性ダイヤフラムは、典型的には、圧電アクチュエータまたは他の適切な手段によって駆動される。
【０００３】
典型的には、制御システムが、容積変化機構の時間調和運動を発生させるために使用される。この機構が、チャンバ容積を減少させるとき、流体が、オリフィスを通ってチャンバから射出される。流体が、オリフィスを通過するとき、オリフィスの鋭い縁は、渦巻いて渦になる渦層を生成するように流れを分離する。これらの渦は、それら自体の自己誘導速度下でオリフィスの縁から離れていく。機構が、チャンバ容積を増加させるとき、周囲の流体が、オリフィスから大きく離れた場所からチャンバに吸い込まれる。渦は、既にオリフィスの縁から遠くに移動しているため、これらは、チャンバに流入する周囲の流体によって影響されない。渦は、オリフィスから離れるとき、流体のジェット、すなわち、「シンセティックジェット」を合成する。
【０００４】
音響ノイズは、装置の両面のそれぞれにアクチュエータ（すなわち、圧電アクチュエータ）を用いる二重冷却ジェット（ＤＣＪ：ｄｕａｌ  ｃｏｏｌｉｎｇ  ｊｅｔ）を含むシンセティックジェットの動作の１つの悪い側面であることが認識されている。ＤＣＪは、典型的には、電気的エネルギーから機械的エネルギーへの変換を最適化するために、また最小の機械的エネルギーの入力で最大の撓みを達成するためにそれらの機械的共振モードまたはその近辺で励振される。ＤＣＪの動作は、それらの機械的共振モードまたはその近辺で動作されるときに最適化される一方で、特定の周波数でＤＣＪを動作させることは、装置の音響特性が、部分的に装置の駆動周波数によって決定されるため、相当量の音響ノイズを発生させ得ることが認識されている。
【０００５】
ＤＣＪを含む、シンセティックジェットの多くの変形形態は、典型的には、導電性接着剤によって金属板またはブレードに接着される金属化された圧電アクチュエータを用いて構成される。圧電アクチュエータとの電気接続は、金属化された露出している圧電面（ｐｉｅｚｏ  ｓｉｄｅ）との接続および板材料との接続によって達成される。典型的には、半田または導電性接着剤が使用される。次に、これらの２つの板は、ジェットを形成するオリフィス開口を残して外周に沿って互いに接着される。圧電アクチュエータの駆動によって、空気が、オリフィスを介して吸い込まれ、また吐き出されることにより、有効（ｎｅｔ  ｐｏｓｉｔｉｖｅ）空気流が発生する。
【０００６】
金属板または金属ブレードの１つの欠点は、これらが高価であることおよびこれらの剛性がＤＣＪの動作ノイズを増加させるより高い共振周波数を発生させることである。加えて、金属の質量は、振動を増加させ得る。またさらに、ＤＣＪの共振周波数は、金属板に起因して増加され得る。
【０００７】
したがって、より小さいノイズのために非常に低い共振周波数を有するように作製された板を有するシンセティックジェット（ＤＣＪなど）を提供することが望ましい。また、板は、より低い振動を実現し得る減少した質量を有することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３００２０４０３号明細書
【発明の概要】
【０００９】
本発明の一態様によれば、シンセティックジェット装置は、第１の板と、第１の板から離間される第２の板と、チャンバを形成するように第１の板と第２の板との間に結合されて配置される間隔構成要素であって、その中にオリフィスを含む間隔構成要素と、第１の板または第２の板の少なくとも一方を選択的に撓ませるために該少なくとも一方に結合されるアクチュエータ要素とを含み、第１の板および第２の板は、少なくとも部分的に非金属材料から形成される。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、シンセティックジェット装置を作製する方法は、少なくとも部分的に非金属材料から第１の板および第２の板を構成するステップと、第１の板および第２の板の少なくとも一方を選択的に撓ませるために該少なくとも一方にアクチュエータ要素を取り付けるステップと、間隔構成要素を介して第１の板を第２の板に対して配置するステップであって、間隔構成要素が、チャンバを形成するように離間した配置で第１の板を第２の板に固定し、その中にオリフィスを含むステップとを含む。本発明は、アクチュエータ要素への電圧の選択的印加を可能にするためにアクチュエータ要素ならびに該アクチュエータ要素が取り付けられた第１の板および第２の板のそれぞれに電気接続部を取り付けるステップをさらに含む。
【００１１】
本発明のさらに別の態様によれば、シンセティックジェット装置は、第１の板と、チャンバを形成するように第１の板から離間される第２の板と、チャンバの容積を変化させる目的で第１の板または第２の板の少なくとも一方を選択的に撓ませるために該少なくとも一方に結合されるアクチュエータ要素とを含む。第１の板および第２の板のそれぞれが、電気絶縁性の非金属材料を含む第１の材料と、導電性材料を含む第２の材料であって、フィラー材料、金属化層、および第１の材料上または第１の材料内に設けられる内部または外部に形成されるリードのうちの１つとして形成される第２の材料とを含む。
【００１２】
これらおよび他の利点および特徴は、添付図面に関連して提供される、本発明の好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明からより容易に理解される。
【００１３】
図面は、本発明を実施するために現在考えられる実施形態を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に使用可能なシンセティックジェットアセンブリの図である。
【図２】本発明の実施形態に使用可能なシンセティックジェットアセンブリの別の図である。
【図３】制御システムがダイヤフラムを内側に移動させるときの、オリフィスから離れるジェットを描いている、図１および図２のシンセティックジェットの断面図である。
【図４】制御システムがダイヤフラムを外側に移動させるときの、オリフィスに向かうジェットを描いている、図１および図２のシンセティックジェットの断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るシンセティックジェットであって、その中に非金属板を含むシンセティックジェットを作製するための製造工程を示している。
【図６】本発明の実施形態に係るシンセティックジェットであって、その中に非金属板を含むシンセティックジェットを作製するための製造工程を示している。
【図７】本発明の実施形態に係る、シンセティックジェットの非金属板を作製するための製造工程を示している。
【図８】本発明の実施形態に係る、シンセティックジェットの非金属板を作製するための製造工程を示している。
【図９】本発明の実施形態に係る、シンセティックジェットの二重に折り畳まれた非金属板構造を作製するための製造工程を示している。
【図１０】本発明の実施形態に係る、シンセティックジェットの二重に折り畳まれた非金属板構造を作製するための製造工程を示している。
【図１１】本発明の実施形態に係る、シンセティックジェットの非金属板を作製するための製造工程を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態は、より小さいノイズのためのより低い共振周波数およびより低い振動を実現する非金属板を有するシンセティックジェット装置に関する。
【００１６】
図１〜図４は、本発明のより良い理解という目的のために本発明の実施形態に使用可能なシンセティックジェットアセンブリ１０の一般的な構造を、その動作中の様々な構成要素の動作と共に示している。図１〜図４には、特定のシンセティックジェットアセンブリ１０が示されているが、本発明の実施形態は、様々な構成のシンセティックジェットアセンブリに組み込まれ得ること、したがって、シンセティックジェットアセンブリ１０は、本発明の範囲を限定することを意図されていないことを認識されたい。例として、シンセティックジェットを固定して配置するための取付けブラケットを含まないシンセティックジェットアセンブリは、本発明の範囲内にあると考えられる。
【００１７】
最初に図１を参照すると、シンセティックジェット１２（その断面が図２に示されている）および取付けブラケット１４を含むシンセティックジェットアセンブリ１０が示されている。一実施形態において、取付けブラケット１４は、１つ以上の位置でシンセティックジェット１２の本体またはハウジング１６に固定されるＵ字形状の取付けブラケットである。しかしながら、取付けブラケットは、異なる形状／外形を有するブラケット（円形のシンセティックジェット１２をその中に受け入れるように構成された半円形のブラケットなど）として構成されてもよいことを認識されたい。回路ドライバ１８は、外部に配置されてもよいし、あるいは取付けブラケット１４に固定されてもよい。あるいは、回路ドライバ１８は、シンセティックジェットアセンブリ１０から遠くに配置されてもよい。
【００１８】
次に図１および図２を一緒に参照すると、これらに示されているように、シンセティックジェット１２のハウジング１６は、ガスまたは流体２２をその中に有する内部チャンバまたは内部キャビティ２０を画成し、これを部分的に取り囲んでいる。ハウジング１６および内部チャンバ２０は、実際には、本発明の様々な実施形態に応じて任意の幾何学的構成をとってもよいが、解説および理解という目的のために、第１の板２４および第２の板２６（あるいは、ブレードまたは翼と呼ばれる）（これらは、これらの間に配置されたスペーサ要素２８によって離間関係に保たれている）を含むハウジング１６が、図２の断面図に示されている。一実施形態において、スペーサ要素２８は、第１の板２４と第２の板２６との間の約１ｍｍの間隔を保つ。１つ以上のオリフィス３０は、内部チャンバ２０を周囲の外部環境３２に流体連通させるために第１の板２４、第２の板２６、およびスペーサ要素２８の側壁の間に形成されている。代替的な実施形態において、スペーサ要素２８は、１つ以上のオリフィス３０が形成された前面（図示せず）を含む。
【００１９】
様々な実施形態に応じて、第１の板２４および第２の板２６は、金属、プラスチック、ガラス、および／またはセラミックから形成されてもよい。同様に、スペーサ要素２８は、金属、プラスチック、ガラス、および／またはセラミックから形成されてもよい。適切な金属は、ニッケル、アルミニウム、銅、およびモリブデンなどの材料またはステンレス鋼、黄銅、および青銅などの合金を含む。適切なポリマーおよびプラスチックは、熱可塑性物質（ポリオレフィン、ポリカーボネートなど）、熱硬化性物質、樹脂、ウレタン、アクリル、シリコーン、ポリイミド、およびフォトレジスト性（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ−ｃａｐａｂｌｅ）材料、ならびに他の弾性プラスチックを含む。適切なセラミックは、例えば、チタン酸塩（チタン酸ランタン、チタン酸ビスマス、およびチタン酸ジルコン酸鉛など）ならびにモリブデン酸塩を含む。さらに、シンセティックジェット１２の様々な他の構成要素が、同様に金属から形成されてもよい。
【００２０】
例示的な実施形態によれば、アクチュエータ３４、３６は、第１の複合構造および第２の複合構造、すなわち、可撓性ダイヤフラム３８、４０を形成するために第１の板２４および第２の板２６のそれぞれに結合されており、可撓性ダイヤフラム３８、４０は、ドライバ１８を介してコントローラアセンブリまたは制御ユニットシステム４２によって制御される。このように、シンセティックジェット１２は、ＤＣＪとして構成されている。ダイヤフラム３８、４０を制御するために、ダイヤフラム３８、４０が、電極と金属層との間に印加される電気バイアスによって移動され得るように、可撓性ダイヤフラム３８、４０のそれぞれは、金属層を備えてもよく、金属電極は、金属層に隣接して配置されてもよい。図１に示されているように、一実施形態において、コントローラアセンブリ４２は、ドライバ１８に電子的に結合され、ドライバ１８は、シンセティックジェット１２の取付けブラケット１４に直接結合されている。代替的な実施形態において、制御ユニットシステム４２は、シンセティックジェット１２から遠くに配置されるドライバ１８に組み込まれる。さらに、制御システム４２は、任意の適切な装置（例えば、コンピュータ、論理プロセッサ、または信号生成器など）によって電気バイアスを生成するように構成されてもよい。
【００２１】
一実施形態において、アクチュエータ３４、３６は、圧電駆動（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍｏｔｉｖｅ）（圧電駆動（ｐｉｅｚｏｍｏｔｉｖｅ））装置であり、これらは、圧電駆動装置を迅速に膨張および収縮させる高調波交流電圧の印加によって駆動され得る。動作中、制御システム４２は、ドライバ１８を介して、電荷に応答して機械的な応力および／または変形を受ける圧電アクチュエータ３４、３６に電荷を送る。圧電駆動アクチュエータ３４、３６の応力／変形は、板２４、２６間の内部チャンバ２０の容積を変化させる時間調和運動または周期運動が達成されるように第１の板２４および第２の板２６のそれぞれを撓ませる。一実施形態によれば、スペーサ要素２８も同様に、可撓性にされ、内部チャンバ２０の容積を変化させるように変形してもよい。結果として生じる内部チャンバ２０内の容積変化は、図３および図４に関して詳細に説明されるように内部チャンバ２０と外部体積３２との間でのガスまたは他の流体の交換をもたらす。
【００２２】
圧電駆動アクチュエータ３４、３６は、本発明の様々な実施形態に応じてモノモルフ装置またはバイモルフ装置であってもよい。モノモルフの実施形態において、圧電駆動アクチュエータ３４、３６は、金属、プラスチック、ガラス、またはセラミックを含む材料から形成された板２４、２６に結合されてもよい。バイモルフの実施形態では、一方または両方の圧電駆動アクチュエータ３４、３６は、圧電材料から形成された板２４、２６に結合されたバイモルフアクチュエータであってもよい。代替的な実施形態では、バイモルフは、単独のアクチュエータ３４、３６を含み、板２４、２６は、第２のアクチュエータであってもよい。
【００２３】
シンセティックジェット１２の構成要素は、互いに接着されてもよいし、そうでなければ、接着剤および半田などを用いて互いに取り付けられてもよい。一実施形態では、熱硬化性接着剤または導電性接着剤が、第１の複合構造３８および第２の複合構造４０を形成する目的でアクチュエータ３４、３６を第１の板２４および第２の板２６に接着するために用いられる。導電性接着剤の場合、リード線（図示せず）をシンセティックジェット１２に取り付けるために、接着剤には、銀および金などの導電性フィラーが混合されてもよい。適切な接着剤は、１００以下のショアＡ硬度の範囲内の硬度を有してもよく、また、１２０度以上の動作温度が達成され得るように例としてシリコーン、ポリウレタン、および熱可塑性ゴムなどを含んでもよい。
【００２４】
本発明の実施形態において、アクチュエータ３４、３６は、圧電駆動装置以外の装置（油圧部品、空気圧部品、磁気部品、および超音波部品など）を含んでもよい。したがって、このような実施形態において、制御システム４２は、対応する方法でアクチュエータ３４、３６のそれぞれを作動させるように構成される。例えば、静電材料が使用される場合、制御システム４２は、第１の板２４および第２の板２６のそれぞれを作動させて湾曲させるために迅速に交番する静電電圧をアクチュエータ３４、３６に供給するように構成されてもよい。
【００２５】
シンセティックジェット１２の動作は、図３および図４を参照して説明される。最初に図３を参照すると、アクチュエータ３４、３６が矢印４４によって描かれているように内部チャンバ２０に対して第１の板２４および第２の板２６を外側に移動させるように制御される場合のシンセティックジェット１２が示されている。第１の板２４および第２の板２６が外側に湾曲すると、内部チャンバ２０の内部容積は増加し、周囲の流体またはガス４６が、１組の矢印４８によって描かれているように内部チャンバ２０に流入する。アクチュエータ３４、３６は、第１の板２４および第２の板２６が、内部チャンバ２０から外側に移動するときに、渦が、オリフィス３０の縁から既に離れており、したがって、内部チャンバ２０に吸い込まれる周囲の流体４６によって影響されないように制御システム４２によって制御される。その一方で、周囲の流体４６のジェットは、オリフィス３０から遠くの大きく離れた場所から吸い込まれる周囲の流体４６の強いエントレインメントを生成する渦によって合成される。
【００２６】
図４は、アクチュエータ３４、３６が矢印５０によって描かれているように内部チャンバ２０に向かって第１の板２４および第２の板２６を内側に湾曲させるように制御される場合のシンセティックジェット１２を描いている。内部チャンバ２０の内部容積は減少し、流体２２は、冷却ジェットとして、冷却される装置５４（例えば、発光ダイオードなど）に向かって１組の矢印５２によって示されている方向にオリフィス３０を通って射出される。流体２２が、オリフィス３０を通って内部チャンバ２０から流出するとき、流れは、オリフィス３０の鋭い縁で分離し、渦巻いて渦になる渦層を生成し、オリフィス３０の縁から離れ始める。
【００２７】
図１〜図４のシンセティックジェットは、単一のオリフィスをその中に有するものとして示され、説明されているが、本発明の実施形態は、多数のオリフィスのシンセティックジェットアクチュエータを含んでもよいことがさらに考えられる。さらに、図１〜図４のシンセティックジェットアクチュエータは、第１の板および第２の板のそれぞれの上に含まれているアクチュエータ要素を有するものとして示され、説明されているが、本発明の実施形態は、板の一方の上に配置された単一のアクチュエータ要素のみを含んでもよいことがさらに考えられる。さらに、シンセティックジェット板は、本明細書に示されているような正方形構成以外に円形構成、矩形構成、または代替形状構成で用意されてもよいことがさらに考えられる。
【００２８】
本発明の実施形態によれば、部分的または全体的に非金属材料から形成された板またはブレード（したがって、以下では一般的に「非金属板」と呼ばれる）を含むシンセティックジェット装置が提供される。板は、剛性を設定し、その結果、シンセティックジェットの共振周波数を調整するために選択され、適合され得る多数の適切な非金属材料のいずれかから形成されてもよい。板が部分的または全体的に形成される特定の非金属材料を選択することによって、板は、より小さいノイズのための非常に低い共振周波数およびより低い振動を実現し得る減少した質量を有するように作製され得る。
【００２９】
本発明の実施形態によれば、板が部分的または全体的に形成される非金属材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、およびポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、高衝撃ポリスチレン（ＨＩＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリカーボネート／アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＰＣ／ＡＢＳ）、ポリウレタン（ＰＵ）、樹脂、ならびにこれらの組み合わせ（様々な熱可塑性物質、熱硬化性物質、およびフィラーの組み合わせを含む）の形態の熱可塑性物質または熱硬化性物質などである（が、これらに限定されない）多数の適切な非金属材料であってもよい。プラスチックに混合されるフィラーは、銀粒子、セラミック、ガラスなどの導電性フィラーおよび電気絶縁性フィラーを含んでもよい。板を形成する際、鋳造または射出成形などの一般的な普通の手法が用いられてもよい。
【００３０】
本発明の一部の実施形態において、金属被覆が、非金属材料から形成された板に適用される。本発明の他の実施形態において、板は、金属被覆が必要ないように十分に導電性にされてもよい（フィラーの使用によって）。
【００３１】
図５を参照すると、非金属板６０（およびシンセティックジェット１２）を作製するための製造工程が、本発明の一実施形態にしたがって示されている。工程の第１のステップにおいて、非金属かつ電気絶縁性の材料または基板６０（上で述べられた熱可塑性材料または熱硬化性材料のいずれかから形成された基板など）が用意される。次のステップにおいて、非金属基板６２は、板の表面／裏面の保護を行うために６４に示されているように触媒（例えば、パラジウム触媒）に浸けられる。次に、導電性の金属材料（銅またはニッケルなど）が、非金属板６０の最終構造を形成するために６６に示されているように次のステップの無電解めっきによって適用される。めっき上には、導電性エポキシ（例えば、Ａｇエポキシ）が、圧電駆動アクチュエータ３４、３６を板６０に固定するために利用される。最後に、電気コンジット（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｃｏｎｄｕｉｔ）６８（電線またはフレックス回路材料など）が、圧電駆動アクチュエータ３４、３６および板６０に取り付けられる。次に、接着剤（シリコンなど）が、シンセティックジェットの２つの板６０を互いに接合するために使用されてもよい（このとき、シリコンは、形成されるシンセティックジェット１２の２つの板間のスペーサ要素２８を形成する）。
【００３２】
図５に示され、説明されている工程に関して、無電解めっきに代わる処理（蒸着技術またはスパッタリング技術など）が、金属を堆積させるために使用されてもよい。このとき、より厚い金属が望まれる場合は、電気めっきが続いてもよい。典型的な金属化スキームは、パラジウムにより活性化される無電解の銅もしくはニッケル、Ｃｕのより厚いめっきが続く、スパッタリングもしくは蒸着されるＴｉ、Ｃｒ、ＴｉＷ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌ、または薄いＡｕ層によって覆われる（必要に応じて酸化を防止するために）Ｎｉを含んでもよい。スパッタリングまたは蒸着の工程は、典型的には、金属付着を促進するためにＴｉ、Ｃｒ、またはＴｉＷの堆積から開始される。完成した金属は、必要に応じて、シャドーマスキングまたは一般的なリソグラフィパターンおよびエッチングのステップを用いてパターン形成されてもよい。別の実施形態において、板は、一体のアクチュエータ板を形成するために両面において金属化され、極性化された、圧電高分子材料からの鋳造品であってもよい。
【００３３】
次に図６を参照すると、非金属板７０（およびシンセティックジェット１２の作製のための製造工程）の別の例が、本発明の実施形態にしたがって示されている。図６の非金属板７０は、片面が銅被覆された薄いガラス繊維強化エポキシ積層シート（例えば、ＦＲ４  ＰＣＢブランク）（あるいは、以下では銅被覆されたＰＣＢブランクと呼ばれる）として形成される。シンセティックジェット１２の作製の際、銅被覆されたＰＣＢブランク７０が用意され、その次に続いて、導電性エポキシ（例えば、Ａｇエポキシ）および圧電アクチュエータ３４、３６が、銅被覆されたＰＣＢブランク７０に適用され、エポキシが、圧電アクチュエータ３４、３６を非金属板７０の銅被覆に固定する。次に、電気コンジット６８（ウレタンで被覆された電線など）が、圧電素子および銅被覆されたＰＣＢブランク７０に取り付けられ（例えば、半田付けされるか、導電性エポキシにより接着されるか、または機械的に取り付けられる）、板７０の外周に沿って塗布される、シリコン２８などの接着剤が、シンセティックジェット１２の２つの板を互いに接合するために使用される（このとき、シリコン２８は、その中にアパーチャまたはオリフィスを残しながらも板７０を共に封止する）。
【００３４】
本発明の他の実施形態において、シンセティックジェット１２の非金属板は、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）または別の適切な誘電体材料から形成されてもよい。非金属板を形成するためにＫａｐｔｏｎ板が利用される一実施形態が、図７に提示されており、そこでは、板の作製のための製造工程が示されている。図７の製造工程に示されているように、各非金属板に関して、最初に裸のＫａｐｔｏｎ板７２が用意され、次に、導電性リード７４が、その上面７６上に形成される（スパッタリングされたリード、Ｋａｐｔｏｎコネクタ、電線、導電性エポキシの線の形態で）。製造工程の次のステップにおいて、圧電アクチュエータ３４、３６が、導電性リード７４に電気的に結合されるようにＫａｐｔｏｎ板７２のそれぞれの上に配置される。最後に、電気接続部６８が、圧電アクチュエータ３４、３６および導電性リード６８との接続のために設けられる。次に、接着剤（シリコンなど）が、シンセティックジェットの２つの板を互いに接合するために使用されてもよい（このとき、シリコンは、シンセティックジェットの２つの板間のスペーサ要素を形成する）。
【００３５】
Ｋａｐｔｏｎ板が利用される別の実施形態において、図８の製造工程に示されているように、Ｋａｐｔｏｎ回路としてそれぞれ構成された非金属板７８であって、Ｋａｐｔｏｎのより厚い層が、圧電アクチュエータ３４、３６に接続され得る内部配線８０をその中に備える非金属板７８が用意される。内部配線８０は、Ｋａｐｔｏｎによって完全に覆われ、圧電アクチュエータ３４、３６およびリード接点の位置で局所的に露出されてもよい（電気コンジット６８の接続のために）し、あるいは全体的に露出されてもよい。
【００３６】
次に図９および図１０を参照すると、本発明のさらなる実施形態において、シンセティックジェットの非金属板は、１対の板を形成するようにブリッジ部で二重に折り畳まれる一片の非金属材料から作られる。最初に図９の製造工程を参照すると、二重に折り畳まれた板は、最初に、１対の板部８６、８８を形成するようにブリッジ部８４で二重に折り畳まれる一片の非金属材料（例えば、Ｋａｐｔｏｎ）８２を用意することによって作製される。図９に示されているように、ブリッジ部８４は、板８６、８８の幅の中央に配置された薄い材料のストリップとして形成される。しかしながら、ブリッジ部８４は、その代わりに、板８６、８８の全幅にわたって延在するように形成されてもよいが、別々の第１の板８６および第２の板８８を概ね形成するようにその折り畳みを可能にするよう構成されることを認識されたい。例示的な実施形態によれば、二重に折り畳まれた板８２は、その中に形成された内部電気接続部またはリードであって、覆われて、圧電アクチュエータおよびリード接点の位置で局所的に露出された内部電気接続部またはリードを含む。
【００３７】
図９の実施形態において、内部配線は、板８６、８８のそれぞれに配置された２つの圧電アクチュエータ３４、３６間に延在し、かつ圧電アクチュエータ３４、３６のそれぞれに接続された連続したリード９０を含み、これにより、二重に折り畳まれた板に形成される内部リードの数が低減されている。接続部６８が、２つの圧電アクチュエータ３４、３６のそれぞれおよびブリッジ部８４を横切って延在する導電性の連続したリード９０のみに必要なことから、シンセティックジェットとの接続のために設けられる電気接続部６８の数も低減される（シンセティックジェットとの電気接続部６８は合計で３つである）。
【００３８】
図９の二重に折り畳まれた板（およびそこに示されている、ブリッジ部を横切って延在する連続したリード）の代替的な実施形態において、図１０は、ブリッジ部を通る不連続のリードを有する二重に折り畳まれた板８２を示している（この場合、２つの別個のリード９２が形成されている）。別個のリード９２は、板８６、８８のそれぞれに配置された２つの圧電アクチュエータ３４、３６に接続され、電気接続部６８は、２つの圧電アクチュエータ３４、３６との接続のために、および導電性リード９２のために設けられる。したがって、図１０の実施形態において、合計で４つの電気接続部６８が、シンセティックジェットのために設けられている。
【００３９】
次に図１１を参照すると、非金属板９４（およびこれの作製のための製造工程）の別の例が、本発明の実施形態にしたがって示されている。非金属の非導電性材料（Ｋａｐｔｏｎなど）から形成された板９４が用意される。用意される板９４のそれぞれは、図１１において板の表面９８および裏面１００に示されているように、板９４上に配置されるべき圧電アクチュエータ３４、３６のそれぞれの下に配置されるように配置された、その中に形成された金属孔９６を有する。この孔９６には、板９４のそれぞれの表面９８上に配置される圧電アクチュエータ３４、３６の裏面との電気接続部を形成するために金属の挿入物または導電性エポキシが充填されてもよい。電気フレックス回路またはスパッタリングされた線接点１０２が、電線またはフレックス回路リード６８がシンセティックジェット１２に取り付けられ得る位置まで電気信号を送るために板９４の裏面１００に形成される。
【００４０】
したがって、有益なことに、本発明の実施形態は、シンセティックジェットの動作中の音響ノイズのレベルを低下させるために非金属板を組み込んだシンセティックジェットアセンブリを提供する。非金属板は、より小さいノイズを発生させるより低い共振周波数を実現するために金属板よりも低い剛性を有するように作製されるが、この場合、板は、動作中のより低い振動を実現する減少した質量をさらに有する。非金属板は、そのコストが金属板に比べて低減されるように安価な材料から形成され得る。
【００４１】
したがって、本発明の一実施形態によれば、シンセティックジェット装置は、第１の板と、第１の板から離間される第２の板と、チャンバを形成するように第１の板と第２の板との間に結合されて配置される間隔構成要素であって、その中にオリフィスを含む間隔構成要素と、第１の板または第２の板の少なくとも一方を選択的に撓ませるために該少なくとも一方に結合されるアクチュエータ要素とを含み、第１の板および第２の板は、少なくとも部分的に非金属材料から形成される。
【００４２】
本発明の別の態様によれば、シンセティックジェット装置を作製する方法は、少なくとも部分的に非金属材料から第１の板および第２の板を構成するステップと、
第１の板および第２の板の少なくとも一方を選択的に撓ませるために該少なくとも一方にアクチュエータ要素を取り付けるステップと、間隔構成要素を介して第１の板を第２の板に対して配置するステップであって、間隔構成要素が、チャンバを形成するように離間した配置で第１の板を第２の板に固定し、その中にオリフィスを含むステップとを含む。本発明は、アクチュエータ要素への電圧の選択的印加を可能にするためにアクチュエータ要素ならびに該アクチュエータ要素が取り付けられた第１の板および第２の板のそれぞれに電気接続部を取り付けるステップをさらに含む。
【００４３】
本発明のさらに別の態様によれば、シンセティックジェット装置は、第１の板と、チャンバを形成するように第１の板から離間される第２の板と、チャンバの容積を変化させる目的で第１の板または第２の板の少なくとも一方を選択的に撓ませるために該少なくとも一方に結合されるアクチュエータ要素とを含む。第１の板および第２の板のそれぞれが、電気絶縁性の非金属材料を含む第１の材料と、導電性材料を含む第２の材料であって、フィラー材料、金属化層、および第１の材料上または第１の材料内に設けられる内部または外部に形成されるリードのうちの１つとして形成される第２の材料とを含む。
【００４４】
本発明について、限られた数の実施形態のみに関連して詳細に説明してきたが、本発明は、このような開示された実施形態に限定されないことが容易に理解されるべきである。それどころか、本発明は、これまでに説明されていないが、本発明の精神および範囲に相応する任意の数の変形、変更、置換、または同等の配置を取り入れるために修正されてもよい。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様が、説明されている実施形態の一部しか含まなくてもよいことが理解されるべきである。したがって、本発明は、前述の説明によって限定されるものとして理解されるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００４５】
１０  シンセティックジェットアセンブリ
１２  シンセティックジェット
１４  取付けブラケット
１６  ハウジング
１８  回路ドライバ
２０  内部チャンバ、内部キャビティ
２２  流体
２４  第１の板
２６  第２の板
２８  スペーサ要素
３０  オリフィス
３２  外部環境、外部体積
３４、３６  アクチュエータ
３８  第１の複合構造、可撓性ダイヤフラム
４０  第２の複合構造、可撓性ダイヤフラム
４２  コントローラアセンブリ、制御ユニットシステム、制御システム
４４、４８、５０、５２  矢印
４６  周囲の流体、ガス
５４  冷却される装置
６０、７８、９４  非金属板
６２  非金属基板
６４  触媒
６６  無電解めっき
６８  電気接続部、導電性リード、フレックス回路リード、電気コンジット
７０  銅被覆されたＰＣＢブランク
７２  Ｋａｐｔｏｎ板
７４  導電性リード
７６  上面
８０  内部配線
８２  二重に折り畳まれた板
８４  ブリッジ部
８６  第１の板
８８  第２の板
９０  連続したリード
９２  別個のリード
９６  金属孔
９８  表面
１００  裏面
１０２  電気フレックス回路またはスパッタリングされた線接点
【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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