(57)【要約】【課題】水中で使用できる水中送波器を得ること。【解決手段】円筒状の絶縁弾性体３の内側と外側に円筒状の電極２、４を設け、内側の電極の内周面に内側絶縁被膜層５を設け、外側の電極の外周面に外側絶縁被膜層６を設けて形成した円筒弾性体１を複数並列配置して層７を形成し、該層を複数積み上げて多層を形成し、隣接する円筒弾性体同士を連結して層状構造体８を形成し、層状構造体における各円筒弾性体の内側電極をすべて共通接続し、各層の円筒弾性体の外側電極をそれぞれ共通接続し、共通接続された内側電極と一方の層一つ置きの共通接続された外側電極との間に直流電圧が印加されるように端子をそれぞれ接続し、共通接続された内側電極と他方の層一つ置きの共通接続された外側電極との間に交流電圧が印加されるように端子をそれぞれ接続し、前記層状構造体を水密絶縁部材であるモールド１１で覆ったものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の絶縁弾性体の内側と外側に円筒状の電極を設け、内側の電極の内周面に絶縁被膜層を設け、外側の電極の外周面に絶縁被膜層を設けて形成した円筒弾性体を複数並列配置して層を形成し、該層を複数積み上げて多層を形成し、隣接する円筒弾性体同士を連結して層状構造体を形成し、
層状構造体における各円筒弾性体の内側電極をすべて共通接続し、各層の円筒弾性体の外側電極をそれぞれ共通接続し、
共通接続された内側電極と一方の層一つ置きの共通接続された外側電極との間に直流電圧が印加されるように端子を引出し線を介してそれぞれ接続し、
共通接続された内側電極と他方の層一つ置きの共通接続された外側電極との間に交流電圧が印加されるように端子を引出し線を介してそれぞれ接続し、
前記各円筒弾性体の内側電極及び外側電極と前記引出し線との接続部分を含む層状構造体を水密絶縁部材で覆ったことを特徴とする水中送波器。
【請求項２】
前記層状構造体は前記円筒弾性体を複数並列配置して層を形成し、該層を円筒弾性体の筒軸方向が交互にクロスするように複数積み上げて多層を形成し、隣接する円筒弾性体同士を連結したことを特徴とする請求項１記載の水中送波器。
【請求項３】
前記層状構造体を板状の剛体に取り付けたことを特徴とする請求項１又は２記載の水中送波器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波の水中送波器、更に詳しくは静電マイクロアクチュエーターを利用した水中送波器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシンを駆動するアクチュエーターについては、近年いくつかの提案がなされている。この中で、静電気の作用を利用した静電マイクロアクチュエーターがある。
かかる従来の静電マイクロアクチュエーターは、最外周面に絶縁体を配した円筒形動体を有する微細円筒弾性体を複数個隣接配置し、これらを＋電極に接続する層と、−電極に接続する層に分け、これを交互に積層した構造である。
そして、これら電極に電圧を印加すると、層間が静電引力によって、引き合って変形し、電圧を除去すれば、微細円筒弾性体の弾性力によって復元することを利用し、駆動力を得るというものである。かかる構成の静電マイクロアクチュエーターは、層数を増やせば、それだけ大きなストロークを得られるという特徴がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−２５２７６０号公報（第１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の静電マイクロアクチュエーターは、最外周面に絶縁体を配した円筒形導体を有する微細円筒弾性体を複数個隣接配置し、これらを＋電極に接続する層と、−電極に接続する層に分け、これを交互に積層し、これら電極に電圧を印加すると、層間が静電引力によって、引き合って変形し、電圧を除去すれば、微細円筒弾性体の弾性力によって復元することを利用し、駆動力を得るようにしたものであり、変形から戻る際は弾性力だけに頼る構造となっているため、例えば水中の水深の深い所では、大きな水圧がかかるため、復元力が充分に得られない可能性があるものであった。また、構造上も水密構造になっていないものであった。
従って、かかる静電マイクロアクチュエーターを水中での超音波送波器として利用することができないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る水中送波器は、円筒状の絶縁弾性体の内側と外側に円筒状の電極を設け、内側の電極の内周面に絶縁被膜層を設け、外側の電極の外周面に絶縁被膜層を設けて形成した円筒弾性体を複数並列配置して層を形成し、該層を複数積み上げて多層を形成し、隣接する円筒弾性体同士を連結して層状構造体を形成し、層状構造体における各円筒弾性体の内側電極をすべて共通接続し、各層の円筒弾性体の外側電極をそれぞれ共通接続し、共通接続された内側電極と一方の層一つ置きの共通接続された外側電極との間に直流電圧が印加されるように端子を引出し線を介してそれぞれ接続し、共通接続された内側電極と他方の層一つ置きの共通接続された外側電極との間に交流電圧が印加されるように端子を引出し線を介してそれぞれ接続し、前記各円筒弾性体の内側電極及び外側電極と前記引出し線との接続部分を含む層状構造体を水密絶縁部材で覆って構成したものである。
【発明の効果】
【０００６】
以上のように本発明によれば、円筒状の内側電極と外側電極を有する円筒弾性体を複数並列配置して層を形成し、該層を複数積み上げて多層を形成した層状構造体における各円筒弾性体の内側電極をすべて共通接続し、各層の円筒弾性体の外側電極をそれぞれ共通接続し、共通接続された内側電極と一方の層一つ置きの共通接続された外側電極との間に直流電圧を印加し、共通接続された内側電極と他方の層一つ置きの共通接続された外側電極との間に交流電圧を印加するようにしたので、各円筒弾性体は交流電圧の−電圧で静電引力により縮み、交流電圧の＋電圧で静電斥力により伸び、振動を起こして音波を発生し、各円筒弾性体の内側電極及び外側電極と前記引出し線との接続部分を含む層状構造体を水密絶縁部材で覆っているため、水中送波器として使用することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の送波器の層間に同じ電圧を印加した状態を示す構成図、図２は同送波器の層間に正負電圧を印加した状態を示す構成図、図３は同送波器の円筒弾性体の断面図、図４は同送波器の円筒弾性体の端部の断面図である。
図３に示すように、円筒弾性体１は、円筒状の内側電極導体２の外周面側に円筒状で厚肉の例えばポリエチレンの絶縁弾性体３を介して円筒状の外側電極導体４を設け、内側電極導体２の内周面側に例えばポリエチレンの内側絶縁被覆層５を設け、外側電極導体４の外周面側に例えばポリエチレンの外側絶縁被覆層６を設けて形成されている。
【０００８】
この円筒弾性体１を例えば４個並列配置して層７を形成し、互いに隣接する円筒弾性体１はその外側絶縁被覆層６同士が融着され、層７全体が一体に形成されている。
そして、かかる層７を例えば４段に積み上げて４つの層７を形成し、積み上げた方向で互いに隣接する円筒弾性体１はその外側絶縁被覆層６同士が融着され、４つの層７全体が一体の層状構造体８が形成される。
層状構造体８における各層７の円筒弾性体１の内側電極導体２はすべて端子Ｃに共通に接続され、各層７の円筒弾性体１の外側電極導体４は共通接続され、２層と４層の外側電極導体４は端子Ａに接続され、１層と３層の外側電極導体４は端子Ｂに接続されている。
【０００９】
層状構造体８における各円筒弾性体１の内側電極導体２と外側電極導体４に対する引出し線１０の接続は、図４に示すように、例えば内側電極導体２の端部の内側絶縁被覆層５及び外側電極導体４の端部の外側絶縁被覆層６を剥いで引出し線１０の線材をそれぞれ半田付け、或いは導電接着剤で接着する。なお、それ以外の接続方法としては、内側電極導体２に内側絶縁被覆層５を、外側電極導体４に外側絶縁被覆層６を設ける際に銅線を１本沿わせておき、この銅線に引出し線１０の線材を半田付けするやり方もある。
【００１０】
かかる内側電極導体２の端部及び外側電極導体４の端部に引き出し線１０の線材を接続した部分は、合成樹脂によりモールド１１して密封されている。なお、円筒弾性体１で引出し線１０が接続された端部と円筒弾性体１で引出し線１０が接続されていない端部も合成樹脂によりモールド１１して密封されるので、通常は円筒弾性体１の内部は空気が封入されることとなるが、耐水圧性を考慮する場合には油等を封入するようにしてもよい。
このようにして各円筒弾性体１の内側電極導体２と外側電極導体４は合成樹脂によりモールド１１して密封され、絶縁状態が保たれる水密構造となった４つの層７から成る層状構造体８は剛体である金属板１２の上に接着剤により接着されている。
【００１１】
次に、本発明の実施の形態１の水中送波器の動作を説明する。
端子Ｃを０Ｖとし、端子Ａ、Ｂに同じ電圧（＋Ｖ）をかけると、円筒弾性体１同士は静電気斥力によって反発しあうので、周囲の水圧に抗し、図１に示すように各円筒弾性体１は円筒状態を保持する。
次に、端子Ｃを０Ｖとし、端子Ａに＋電圧、端子Ｂに−電圧を加えると、層間は静電気引力によって引き付けあうので、図２に示すように各層７の積層方向（上下方向）につぶれて変形する。
層状構造体８の下には金属板１２があり、その金属板１２で動きを制限しているため、層状構造体８の全体の動きは電圧が同じか、異なるかによって、金属板１２を基準にして層状構造体８全体は上方への延び縮みとなる。
【００１２】
したがって、端子Ａには＋の直流電圧を加えておき、Ｂに交流電圧を加えると、−電圧で縮み、＋電圧で伸びる振動を行うことになり、この運動によって、周囲の水を駆動し、音波を発生するため、層状構造体８を水中送波器として使用することができる。
この実施の形態１では、４つの円筒弾性体１で層７を形成し、かかる層７を４段に積み上げて４層の層状構造体８を形成しているが、各層７の円筒弾性体１の数や、層７の積層数を増やすことでストロークを大きくとることができ、ストロークの大きな水中送波器を得ることができる。
【００１３】
本発明の水中送波器の円筒弾性体１の製造例について説明する。
１）まず、円筒状の内側絶縁被覆層５を生成する。
２）次に、内側絶縁被覆層５の外周面に、蒸着、導電性塗料を塗布する等の方法で内側電極導体２を形成する。
３）その内側電極導体２の外周面に円筒状で厚肉の絶縁弾性体３を生成する。
４）その絶縁弾性体３の外周面に、蒸着、導電性塗料を塗布する等の方法で外側電極導体４を形成する。
５）その外側電極導体４の外周面に外側絶縁被覆層６を生成し、円筒弾性体１が生成される。
【００１４】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２の送波器を示す斜視図である。
図において、本発明の実施の形態２の送波器において、実施の形態１と同様の構成は同一符号を付して重複した構成の説明を省略する。
本発明の実施の形態１が４個の円筒弾性体１を並列配置して形成した層７を重ね合わせるように４段に積み上げて４層を形成したのに対し、この実施の形態２は図５に示すように４個の円筒弾性体１を並列配置して形成した層７を、円筒弾性体１の筒軸方向が交互にクロスするように４段に積み上げて４つの層７からなる層状構造体８を形成したものである。
【００１５】
そして、層状構造体８における４つの層７を積み上げた方向で互いに隣接する円筒弾性体１はその外側絶縁被覆層６同士が融着され、４つの層７からなる層状構造体８が一体に形成される。
また、層状構造体８における各層７の円筒弾性体１の内側電極導体２はすべて端子Ｃに共通に接続され、各層７の円筒弾性体１の外側電極導体４は共通接続され、２層と４層の外側電極導体４は端子Ａに接続され、１層と３層の外側電極導体４は端子Ｂに接続されている。
【００１６】
この実施の形態２は、４個の円筒弾性体１を並列配置して形成した層７を、層７の円筒弾性体１の筒軸方向が交互にクロスするように４段に積み上げて４つの層７からなる層状構造体８を形成したので、全体として強度的に安定した構造となり、各部位が均一に延び縮みするため、端子Ａには＋の直流電圧を加えておき、Ｂに交流電圧を加えると、安定して音波を発生する。
【００１７】
上記実施の形態では、絶縁弾性体２、内側絶縁被覆層５、外側絶縁被覆層５はいずれもポリエチレンで形成されているが、ポリエチレン以外では高分子材料で絶縁性を有するものであればよいこというまでもない。
また、上記実施の形態では、金属板１１の上に接着された層状構造体８は絶縁状態が保たれる水密構造となっているが、より一層の絶縁状態を確保するために、金属板１１の上に接着されている層状構造体８を絶縁体の袋状のシートで覆い、袋からの引出し線の引出し部をモールドすることにより、２重に防水することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１の送波器の層間に同じ電圧を印加した状態を示す構成図である。
【図２】同送波器の層間に正負電圧を印加した状態を示す構成図である。
【図３】同送波器の円筒弾性体の断面図である。
【図４】同送波器の円筒弾性体の端部の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２の送波器の斜視図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  円筒弾性体、２  内側電極導体、３  絶縁弾性体、４  外側電極導体、５  内側絶縁被覆層、６  外側絶縁被覆層、７  層、１０  引出し線、１１  モールド、１２  金属板。
【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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