(57)【要約】予め応力を与えられた可撓性張力電気作動式部材（１２）を用いた自蔵動力式スイッチ装置は、ラッチリレーを作動させる信号を発生する。この電気作動式部材（１２）は、圧縮されて電気パルスを発生する凸面と凹面を有する圧電素子を有する。この可撓性張力電気作動式部材（１２）とこれに関連する信号発生回路はラッチリレーに直接に電線で接続されるか、或いはラッチリレーを作動させる受信装置（２７０）にＲＦ信号を送る送信装置（６０）に接続されてもよい。
2004537827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自蔵動力式スイッチシステムであって、
可撓性張力変換器を具え、該可撓性張力変換器は
電極を有する対向する第１、第２の主要表面を有する第１の電気作動式部材を具え、
前記第１主要表面は実質的に凸面をなし、前記第２主要表面は実質的に凹面をなし、
前記第１電気作動式部材の前記第２主要表面に接合されたプレストレス層を具え、
前記プレストレス層は前記電気作動式部材に圧縮力を印加し、
前記プレストレス層は、前記第１前記電気作動式部材の前記凹面に隣接して、第１及び第２端を有し、
前記可撓性張力変換器は、前記可撓性張力変換器に力が加わると第１位置から第２位置に変形するように構成され、そして
前記第２位置に変形すると、前記可撓性張力変換器は前記第１主要電極表面と第２主要電極表面との間に第１電圧を発生するように構成され、
前記プレストレス層の前記第１端を維持するための装着部材を具え、
該装着部材は前記プレストレス層の前記第１端と前記可撓性張力変換器の前記凸面とに隣接するプレートを具え、
前記装着部材は前記プレストレス層の前記第１端と前記可撓性張力変換器の前記凹面とに隣接する把持手段を具え、
力を前記プレストレス層の前記第２端に加えるための圧力付与手段であって、前記可撓性張力変換器を前記第１位置から前記第２位置まで変形させて、前記第１電圧を発生させるように構成された圧力付与手段を具え、
前記第１電気作動式部材の前記第１電極主要表面に電気的に接続する第１導体を具え、
前記第１電気作動式部材の前記第２電極主要表面に電気的に接続する第２導体を具え、
前記第１及び第２導体に電気的に接続された第１信号送信手段を具え、
該第１信号送信手段はアンテナに接続された第１無線周波数発生補助回路を具え、
前記第１信号送信手段によって送信された第１信号を受信する信号受信手段を具え、
該信号受信手段は、前記信号送信手段によって送信された前記第１信号に呼応して第２信号を発生するように構成され、
第１位置と第２位置を有するスイッチを具え、
該スイッチは前記信号受信手段に通じており、
前記スイッチは前記第２信号に呼応して前記第１位置と前記第２位置との間で変化するするように構成されている自蔵動力式スイッチシステム。
【請求項２】
前記装着手段が、更に前記プレートに凹んだ表面を形成する凹部を具え、該凹んだ表面は、前記プレストレス層の前記第１端と前記電気作動式部材とに隣接する前記可撓性張力変換器の前記凸面の少なくとも一部に実質的に順応し、
前記凹部内に導体シートを具え、該導体シートは前記電気作動式部材の前記第１主要電極表面と前記第１導体とに電気的に接触している請求項１記載のスイッチシステム。
【請求項３】
前記装着手段が、更に前記プレートの前記凹部内に可撓性材料を具え、該可撓性材料は前記凹んだ表面と前記導体シートとの間に配置されている請求項２に記載のスイッチシステム。
【請求項４】
更に、
入力側と出力側を有する電圧調整器を具え、
前記電圧調整器の前記入力側は前記第１、第２導体に電気的に接続され、
前記電圧調整器の前記出力側は前記信号送信手段に電気的に接続されている請求項３に記載のスイッチシステム。
【請求項５】
更に、
前記可撓性張力変換器に並列に接続された陽極と陰極を有するダイオードを具え、
該ダイオードの前記陰極は前記第１導体と前記電圧調整器の前記入力側に電気的に接続され、
前記ダイオードの前記陽極は前記第２導体と前記電圧調整器の前記入力側に電気的に接続され、
前記ダイオードは前記第１電気作動式部材の第１及び第２主要電極表面に並列に接続されている請求項４に記載のスイッチシステム。
【請求項６】
前記信号送信手段が、更に
入力側と出力側とを有するトーン発生補助回路を具え、
前記トーン発生補助回路の前記入力側は前記電圧調整器の前記出力側に接続され、
前記トーン発生補助回路の前記出力側は前記第１無線周波数発生補助回路に接続されている請求項５に記載のスイッチシステム。
【請求項７】
前記トーン発生補助回路が、
入力側と出力側とを有する振動アレーを具え、
該振動アレーの前記入力側が前記電夏調整器の前記出力側に接続され、
接地されたエミッタと前記振動アレーの前記出力側とに接続されたベースとを有するトランジスタを具え、
前記第１無線周波数発生補助回路が第１及び第２の接続部を有する共振補助回路を具え、
前記共振補助回路の前記第１接続部が前記電圧調整器に接続され、
前記共振補助回路の前記第２接続部が前記トランジスタのコレクタに接続されている請求項６に記載のスイッチシステム。
【請求項８】
前記無線周波数発生補助回路が更に、
前記電圧調整器の前記出力側と前記共振補助回路との間に直列に接続されたチョークを具えている請求項７に記載のスイッチシステム。
【請求項９】
前記共振補助回路が、
第１及び第２プレートを有する第１コンデンサと、
第１及び第２端を有する第３導体のコイルループとを具え、
前記第１コンデンサの前記第１プレートは前記第５導体の前記第１端に接続されて、前記共振補助回路の前記第１接続部を形成している請求項８に記載のスイッチシステム。
【請求項１０】
前記振動アレーが、更に、前記電圧調整器の前記出力側と前記トランジスタの前記ベースとの間に接続された変換器アレーを具えている請求項９に記載のスイッチシステム。
【請求項１１】
前記無線周波数チョークがコイルをを具えている請求項１０に記載のスイッチシステム。
【請求項１２】
前記共振補助回路が、更に、
前記第５導体にそれぞれが接続された第１及び第２端を有する第６の導体を具えた同調ジャンパを具え、
該同調ジャンパは前記第１及び第２端に枢支されて、前記第５導体に対して回動するように構成されている請求項１１に記載のスイッチシステム。
【請求項１３】
前記第無線周波数発生補助回路が、第２無線周波数発生補助回路とは異なる第１周波数に同調可能である請求項１２に記載のスイッチシステム。
【請求項１４】
前記第トーン発生器と前記第１無線周波数発生補助回路が、少なくとも一つのプログラム可能な集積化インターフェースコントローラ回路を具えている請求項１３に記載のスイッチシステム。
【請求項１５】
前記信号受信手段が、更に、
前記第１無線周波数発生補助回路によって送信された前記第１信号と、前記第２無線周波数発生補助回路によって送信された第２信号とを遮断する第１無線信号受信装置と、
前記無線信号受信装置と前記スイッチとの間に電気的に接続され、前記第１及び第２遮断信号に呼応してスイッチ信号を発生する解読手段を具えている請求項１４に記載のスイッチシステム。
【請求項１６】
前記解読手段が、更に、
一つ以上の信号のプロファイルを記憶するメモリと、
前記第１又は第２遮断信号が前記メモリ内の一つ以上の前記信号フロファイルに合致するか否かを決めるための比較手段とを具え、
前記解読手段は、前記比較手段が前記第１遮断信号が前記メモリ内の一つ以上の信号プロファイルに合致したことを決めると、これに呼応してスイッチ信号を発生し、
前記解読手段は、前記比較手段が前記第２遮断信号が前記メモリ内のいずれの信号プロファイルにも合致しないことを決めても、これに呼応してスイッチ信号を発生せず、
前記スイッチは、前記解読手段から発生した前記スイッチ信号に呼応して、前記第１位置から前記第２位置に変わるように構成されている請求項１６に記載のスイッチシステム。
【請求項１７】
前記解読手段が、
前記第１遮断信号と前記第２遮断信号との差を求めるマイクロプロセッサを具えている請求項１６に記載のスイッチシステム。
【請求項１８】
前記解読手段が、更に、
一つ以上の信号プロファイルを前記メモリに入れる記憶手段を具えている請求項１７に記載のスイッチシステム。
【請求項１９】
前記記憶手段が、更に、第３無線周波数発生補助回路によって送信された第３信号を遮断する第２の無線信号受信装置を具えている請求項１８に記載のスイッチシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般としてライトや電気器具等にエネルギを与えるスイッチ装置に関する。更に詳しくは、本発明は、ラッチリレーのための作動信号を発生させる自蔵動力式スイッチ始動装置に関する。動力は圧電素子から発生し、（独特の及び／又はコード化された）ＲＦ信号を送るための送信装置に接続された信号発生回路を通じて一つ以上の受信装置に送られて、ラッチリレーを作動させる。これらの受信装置は、複数の送信装置に呼応するようにも調整可能である。
【背景技術】
【０００２】
ライトや電気器具等にエネルギを与えるためのラッチリレーは、従来から周知である。典型的な照明用スイッチは、例えば、単極型スイッチや三路型スイッチである。単極型スイッチは、入力ライン（動力源）とライトへの出力ラインとのための直結リード線である二つの端子を有している。三路型スイッチは、異なった二箇所から一つのライトを制御可能である。各三路型スイッチは三つの端子、即ち共通端子と二つの移動端子を有している。典型的な一対の三路型スイッチは、それぞれが二本のケーブルを有する二つのボックスを使用し、第１のボックスは動力源からの入力ラインと第２ボックスへの出力ラインとを具え、第２のボックスは前記第１ボックスからの入力ラインとライトへの出力ラインとを具えている。
【０００３】
これらのスイッチ構成のそれぞれにおいては、孔を開けてスイッチと出口用の接続ボックスを取り付け、そしてケーブルを敷設することが必要な場合がしばしば生じる。孔を開けてスイッチと接続ボックスを取り付けることは、難しく且つ時間を要する作業である。また、電気ケーブルを敷設するには、固定部から始まって、フレームの孔を通じて回路の各固定部までケーブルを引っ張り、はるばるサービスパネルまで戻さなければならない。理論的には簡単であるが、ケーブルをうまく取り扱うことは難しく且つ時間を要する作業となることがある。ケーブルは引っ張られる際に捩れたり、もつれたり、結ばれたりすることが多く、経路のどこかで真っ直ぐにする必要がある。
【０００４】
遠隔操作型のスイッチ／リレーも従来から公知である。公知の遠隔操作型コントローラは、卓上コントローラ、無線遠隔操作装置、タイマー、運動検出器、音声作動型コントローラ、コンピュータ及びこれに関連するソフトウエアを含んでいる。例えば、遠隔操作手段は壁の電力供給口に差し込まれるモジュールを具え、これに装置用の電力コードが差し込まれる。次にこの装置はコントローラによってオン・オフされる。他の遠隔操作手段はねじ込み型ランプモジュールを具え、このモジュールはライトのソケットにねじ込まれ、そして電球がモジュールにねじ込まれる。ライトはコントローラによって暗くされオン、オフされ得ると共に、暗くされたり明るくされたりされ得る。
【０００５】
上述のモジュール用の典型的な遠隔コントローラは高周波（ＲＦ）ベースのトランシーバである。これらのコントローラの場合、ベースは電力供給口に差し込まれ、手持ち式無線ＲＦ遠隔操作装置と連携して一群のモジュールを制御可能である。ＲＦレピータを使用して、両立式無線遠隔操作装置、スイッチ及び保安システムセンサーの範囲を１５０フィートまで増大させることができる。すべての無線ＲＦ遠隔操作装置に対してベースが必要であり、これによって数個のランプや電気器具を制御することができる。手持ち式無線遠隔操作装置には、バッテリーも必要とされる。
【０００６】
手持ち式ＲＦ遠隔操作装置を使用する代わりに、壁型遠隔操作スイッチを使用してもよい。３／４インチの厚さを有するこれらの壁型スイッチは、接着剤によって所望の箇所に固定される。（１１０ボルトのコンセントに差し込まれた）ベースユニットと連携して、この壁型遠隔操作スイッチは、両立式モジュールやスイッチ（受信機）を制御することができる。無線スイッチはベースユニットにＲＦ信号を送り、次いでベースユニットは家庭に既存の１１０ボルトの配線に沿って信号を両立式スイッチ或いはモジュールに伝達する。各スイッチは、アドレス可能な信号によってセット可能である。ワイヤレス装置にはバッテリーも必要とされる。
【０００７】
これらの遠隔制御装置は、例えばＴＶ，ＶＣＲ及びステレオシステム等のオーディオ／ビデオ装置並びに無線波（ＲＦ）から赤外線（ＩＲ）までを使用するライトその他の装置も制御可能である。ＲＦ遠隔操作装置は、適当なＲＦ命令をコンバータに送ることによって、この命令をＩＲに変換して、オーディオ／ビデオ装置を制御することができる。ＩＲ命令は、次にオーディオ／ビデオ装置に送られる。コンソールは赤外線遠隔操作装置からの赤外線信号に呼応して、これと同等な命令を両立式受信機に伝達する。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許５，４７１，７２１号明細書
【特許文献２】
米国特許５，６３２，８４１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来型の壁スイッチの問題点は、スイッチボックスからライトまでとスイッチボックスからサービスパネルの電力源までの両方に長い配線が必要なことである。
【００１０】
従来型の壁スイッチのもう一つの問題点は、一つ以上のスイッチによって制御されるライトのために、付加的な配線が必要なことである。
【００１１】
従来型の壁スイッチのもう一つの問題点は、スイッチへの入力部とスイッチからの出力部として高電圧ラインが存在していることである。
【００１２】
従来型の壁スイッチのもう一つの問題点は、スイッチまでの、スイッチからの、そしてスイッチ同士の間の配線の設置に関連するコストである。
【００１３】
従来型の壁スイッチのもう一つの問題点は、スイッチの型の改作、位置変更或いは再配線に関するコストと不便さである。
【００１４】
従来型のＲＦスイッチの問題点は、高電圧のＡＣ電力や電池等の外部電力源を必要とすることである。
【００１５】
従来型のＲＦスイッチのもう一つの問題点は、電池の置き替えに関するコストと不便さである。
【００１６】
従来型のＲＦスイッチのもう一つの問題点は、個々のモジュール及びベースユニットに対して高電力を必要とすることである。
【００１７】
従来型のＡＣ用ＲＦスイッチのもう一つの問題点は、再配線における改作や壁スイッチの位置変更が難しいことである。
【００１８】
従来型のＲＦスイッチのもう一つの問題点は、送信装置と受信装置からなる対をいっしょに購入しなければならないことである。
【００１９】
従来型のＲＦスイッチのもう一つの問題点は、送信装置が間違った受信装置を不用意に作動させることである。
【００２０】
従来型のＲＦスイッチのもう一つの問題点は、受信装置が一つの送信装置からだけ作動信号を受けることである。
【００２１】
従来型のＲＦスイッチのもう一つの問題点は、送信装置が一つの受信装置だけを作動させることである。
【００２２】
したがって、従来技術の前述の問題点を解決するスイッチ始動装置及び／又はラッチリレー装置のネットワークを提供することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、電気作動型又は電磁式アクチュエータを使用した自蔵動力式スイッチ始動装置又はラッチリレー装置を提供するものである。電気作動型アクチュエータにおける圧電素子は、軸方向の大きい変位によって変形可能であり、機械的衝撃によって変形すると、電界を発生する。電磁装置においては、磁石と一組のコイルの間の相対運動によって、電気信号が生起される。電気作動型アクチュエータは、ラッチ或いはリレー機構を始動させる瞬間的信号を発生する電気機発生装置として使用される。これにより、ラッチ或いはリレー機構はライトや電気器具等の電気装置のスイッチをオン・オフしたり、又は中間の或いは暗くする信号を提供する。
【００２４】
電気作動式アクチュエータエレメント用の機械的作動手段は、下流側の回路部品を作動させるのに十分な大きさと期間を有するパルスや波動等の電気信号を発生させるために、電気作動式アクチュエータに適宜な機械的衝撃を付与する。例えば、ライトスイッチに類似したスイッチは、トグル、スナップアクション、パドル付き又はプランジャ機構を介して圧力を付与する。より大型の或いは複数の電気作動式アクチュエータエレメントも電気信号を発生させるのに使用されている。参考として本明細書中に組み入れられている「自蔵動力式スイッチ装置」の名称の係属出願09/616,978は、電気作動式エレメントが電気パルスを発生する自蔵動力式スイッチを開示している。参考として本明細書中に組み入れられている「学習可能な自蔵動力式スイッチのネットワーク」の名称の係属中の仮出願60/252,228は、前記出願09/616,978に開示されているようなスイッチのネットワークであって、スイッチと受信装置が複数のコード化されたＲＦ信号を受け取ることができるように調整されたものを開示している。本発明においては、電気作動式エレメントの機械的作動に対して調整が行なわれ、アクチュエータによって起こされる電気信号のタイプが調整される。本発明は、振動する電気信号によって働くように構成された電気作動式エレメントとこれに伴う回路を有する自蔵動力式スイッチ始動装置を述べている。電気作動式エレメントによって生起された動力を利用するために、これに伴うＲＦ信号発生回路も電気信号を最も効率的に使用するように調整されている。
【００２５】
本発明の一実施態様においては、電気作動式アクチュエータは、手動或いは機械的作動手段によって押し下げられ、電気作動式アクチュエータによって生起された振動電気信号がこの電気信号を調整するように構成された回路を通じてリレー或いはスイッチに付与される。別の実施態様においては、電磁式又は電気作動式アクチュエータの信号がＲＦ送信装置に動力を与えて、ＲＦ信号をＲＦ受信装置に送り、次にこのＲＦ受信装置は前記リレーを作動させる。更に別の実施態様においては、電磁式又は電気作動式アクチュエータの信号が送信装置に動力を与えて、パルス状ＲＦ信号をＲＦ受信装置に送り、次にこのＲＦ受信装置は前記リレーを作動させる。デジタル化されたＲＦ信号はコード化され（車庫ドア開閉装置の場合のように）、このデジタル化ＲＦ信号によってコード化されたリレーのみを作動させる。送信装置は一つ以上のコード化されたＲＦ信号を発生することが可能であり、受信装置は同様に一つ以上のコード化されたＲＦ信号を受信することが可能である。更に、受信装置は、新たな或いは複数の送信装置からのコード化されたＲＦ信号を受け入れるように「学習可能」である。
【００２６】
したがって、本発明の第１の目的は、電気作動式或いは圧電素子を使用して装置を作動させるスイッチ又はリレー装置を提供することにある。
【００２７】
本発明のもう一つの目的は、スイッチを追加の配線を必要としないで設置することができる前述の特性を有する装置を提供することにある。
【００２８】
本発明のもう一つの目的は、建物構造に孔を開けることなくスイッチを設置することができる前述の特性を有する装置を提供することにある。
【００２９】
本発明のもう一つの目的は、スイッチが１２０又は２２０ボルトの交流またはバッテリー等の外部入力を必要としない前述の特性を有する装置を提供することにある。
【００３０】
本発明のもう一つの目的は、ラッチリレー及び／又はスイッチ始動装置を作動させるのに充分な大きさと期間を有する電気信号を発生する電気作動式装置を組み入れた前述の特性を有する装置を提供することにある。
【００３１】
本発明のもう一つの目的は、ラッチリレー及び／又はスイッチ始動装置を作動させるための高周波送信装置を作動させるのに充分な大きさと期間を有する電気信号を発生させる電気作動式装置を組み入れた前述の特性を有する装置を提供することにある。
【００３２】
本発明のもう一つの目的は、ラッチリレー及び／又はスイッチ始動装置を作動させるための高周波送信装置を作動させるのに充分な大きさと期間を有する電気信号を発生させるアクチュエータを組み入れた前述の特性を有する装置を提供することにある。
【００３３】
本発明のもう一つの目的は、少なくとも一つのコード化されたＲＦ信号を増強させることが可能な送信装置を組み入れた前述の特性を有する装置を提供することにある。
【００３４】
本発明のもう一つの目的は、少なくとも一つの送信装置からの少なくとも一つのコード化されたＲＦ信号を受信することが可能な受信装置を組み入れた前述の特性を有する装置を提供することにある。
【００３５】
本発明のもう一つの目的は、一つ以上の送信装置からのコード化されたＲＦ信号を受けるように「学習」可能な受信装置を組み入れた前述の特性を有する装置を提供することにある。
【００３６】
本発明のもう一つの目的は、建物のライト、電気器具、保安装置、建造物におけるその他の設備を作動させるのに使用するための前述の特性を有する装置を提供することにある。
【００３７】
本発明のその他の目的と利点は、図面を参照するとともに、引き続くその説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
電気作動式アクチュエータ
圧電材料及び電気歪み材料（ここでは、全般的に、「電気作動式」装置と称されている）は、応力や歪みの下に置かれた場合、分極化された電界を発生させる。圧電材料及び電気歪み材料によって発生したこの電界は、機械的応力や歪みを起こさせた付与力の関数である。逆に、電気作動式装置は印加された電界の中で寸法変化を受ける。電気式作動装置のこの寸法変化（即ち、膨張又は収縮）は、印加される電界の関数である。電気式作動装置は、電界の下で変形するその性質によってドライバや「アクチュエータ」として一般に使用されている。これらの電気作動式装置やアクチュエータは、変化する容量を有し、付与された力によって生じた変形に対応して電界を発生する。
【００３９】
電気作動式装置は直接及び間接モードのアクチュエータを具え、これらは材料の寸法変化を利用して変位するが、本発明の場合には、電気・機械変換器として使用されることが望ましい。典型的な直接モードのアクチュエータは、主要表面上に形成された一対の電極の間に挟まれた圧電又は電気歪み式セラミックプレート（又は積層プレート）で構成されている。この装置は、一般的に、セラミックプレートに所望の歪みを生じさせるのに充分に大きい圧電及び／又は電気的歪み係数を有する。しかし、直接モードのアクチュエータは、高々０．２〜０．３％だけの極めて小さい変位（歪み）しか得られないと云う欠点を有している。逆に、直接モードのアクチュエータは、ラッチリレーを作動させるのに充分な大きさのパルス状瞬間電気信号を圧電的に発生させるために高い力を付与する必要がある。
【００４０】
間接モードのアクチュエータは、外部構造を介して歪みを増幅させることによって、直接モードのアクチュエータの場合に得られるよりも大きい変位と歪みを示すことが知られている。間接モードのアクチュエータの一例は、可撓性張力型変換器である。可撓性張力型変換器は、圧電セラミック素子と金属シェル、緊張プラスチック、ガラス繊維その他の構造とが複合された複合構造である。従来の可撓性張力型変換器のアクチュエータの改造は、普通、圧電材料の膨張の結果として生じ、これが横方向において装置の増幅された収縮に機械的に結び付けられている。作動の際に、これらは直接モードのアクチュエータによって起こり得るよりも数オーダー大きい歪みと変位を示すことができる。
【００４１】
間接モードのアクチュエータで得られる歪みの大きさは、これを「ユニモルフ(unimorph)」又は「バイモルフ(bymorph) 」可撓性張力型アクチュエータのいずれかとして構成することによって増大させることができる。典型的なユニモルフは、可撓性金属箔に外側から接合された単一の圧電素子で構成され、電気的に付勢されると軸方向に挫屈或いは偏向する凹んだ構造体である。普通のユニモルフは、１０％もの高い歪みを示す。従来のバイモルフ装置は、二つの圧電素子の間に挟まれた中間の可撓性金属箔を具えている。セラミックエレメントの主要表面のそれぞれに電極が接合され、金属箔は内側の二つの電極に接合されている。印加電圧の下で一方のセラミックエレメントが収縮し、他方が膨張するので、バイモルフは、対応するユニモルフよりも大きい変位を示す。バイモルフは２０％までの歪みを示すことができる。
【００４２】
電気作動式アクチュエータの或る適用例について、電気作動材料の軸方向変位を増加させて電気作動材料の達成可能な歪みを増すために、非対称的に応力が付勢された電気作動式装置が提案されている。この装置（（例えば特許文献１に開示されている）「レインボウ」アクチュエータその他の可撓性張力型アクチュエータを含む）においては、非対称付勢応力が、一方が凹面であり他方が凸面である二つの主要表面を有する湾曲構造を作っている。
【００４３】
図１を参照すると、改善された変位、歪み及び荷重容量を有する「サンダー (THUNDER)」と称するユニモルフアクチュエータが最近開発され、特許文献２に開示されている。サンダー（薄層複合ユニモルフ強電体ドライバ及びセンサ（THin layer composite Unimorph ferroelectic Driver and sEnsoRの頭文字）は、予め応力を付与された層が高温で薄い圧電セラミックウエハーに接合され、この複合構造体の冷却の際に該層とセラミック層の熱収縮率の差によって、応力が非対称的にセラミックウエハーを付勢するユニモルフアクチュエータである。
【００４４】
サンダーアクチュエータ１２は、図１に示された構成の複合構造体である。各サンダーアクチュエータ１２は、好ましくは二つの対向面上の電気メッキ６５、６５ａされたＰＺＴの圧電セラミック層６７からなる電気作動部材によって構成されている。好ましくはばね鋼、ステンレス、ベリリウム合金、その他の金属材料からなるプレストレス層６４が、第１接着剤層６６によってセラミック層６７の一方の側の電気メッキ６５された表面に接着されている。最も単純な実施態様においては、この接着剤層６６はプレストレス層として働く。前記第１接着剤層６６は、NASA-Langley Research Centerによって開発され、米国特許 5,639,850に開示されている LaRC(登録商標)-SI材料であることが好ましい。第２接着層６６ａもLaRC-SI材料であることが好ましく、それは、セラミック層６７の反対側に接着されている。サンダーアクチュエータ１２の製造の際に、このセラミック層６７、接着剤層６６と６６ａ、及びプレストレス層６４は、接着剤の融点以上の温度まで同時に加熱される。実際に、サンダーアクチュエータ（即ちセラミック層６７、接着剤層６６と６６ａ、及びプレストレス層６４）を構成する各層は、典型的には、オートクレーブや対流オーブンの内部に複合構造体として置かれ、構造体のすべての層が対流によって接着剤６６の融点より高いがセラミック層６７のキューリー温度より低い温度までゆっくりと加熱される。セラミック層６７の圧電特性を壊さないように、セラミック層６７の温度をセラミック層のキューリー温度より低く維持することが望ましい。この多層構造体はゆっくりとした速度で対流によって加熱されるので、すべての層がほぼ同じ温度になりやすい。いずれにしても、接着剤層６６が二つの層の間（即ちセラミック層６７とプレストレス層６４の間）に置かれているので、プロセスの加熱段階においてセラミック層６７とプレストレス層６４は通常同じ温度に非常に近くなり、少なくとも接着剤層６６と６６ａと同じに熱くなる。サンダーアクチュエータ１２は、次いで冷却される。
【００４５】
プロセスの冷却段階において（即ち接着剤層６６と６６ａが再固化した後に）、セラミック層６７は、セラミック層６７の材料よりも接着剤層６６と６６ａ及びプレストレス層６４の材料の熱収縮係数が高いことによって、接着剤層６６と６６ａ及びプレストレス層６４によって圧縮される。また、セラミック層６７の一方の側の積層材料（例えば、第１プレストレス層６４と第１接着剤層６６）の熱収縮が、セラミック層６７の他方の側の積層材料（例えば、第２接着剤層６６ａ）の熱収縮に対して大きいので、図１と図２に示されているように、セラミック層は凸面１２ａと凹面１２ｃを有する円弧形状に変形する。
【００４６】
図１ａを参照すると、例えばセラミック層６７の応力を増加し、或いはアクチュエータ１２Ｂを強化するために、一層以上の補助のプレストレス層が同じようにセラミック層６７のいずれかの側或いは両側に接着されてもよい。本発明の好適実施態様においては、第２プレストレス層６８が第２接着剤層６６ａを有するアクチュエータ１２Ｂの凹面１２ａ上に載せられ、同様に加熱・冷却される。好ましくは、第２プレストレス層６８は導体金属の層である。更に好ましくは、第２プレストレス層６８は、アルミその他の導体金属からなる薄い（第１プレストレス層６４より薄い）箔である。プロセスの冷却段階において（即ち、接着剤層６６と６６ａが再固化した後）、接着剤層６６と６６ａ及びプレストレス層６４と６８の材料の熱収縮係数がセラミック層６７の材料よりも高いことによって、セラミック層６７は同様に圧縮される。セラミック層６７の一方の側の積層材料（例えば第１プレストレス層６４と第１接着剤層６６）の熱収縮がセラミック層６７の他方の側の積層材料（例えば第２接着剤層６６ａと第２プレストレス層６８）の熱収縮より大きいので、図１ａに示されるように、セラミック層６７は凸面１２ａと凹面１２ｃを有する円弧形状に変形する。
【００４７】
別の例では、別のプレストレス層６４を有する基板は省略することが可能であり、接着剤層６６と６６ａが単独で或いは連携して予備応力をセラミック層６７に付与しても良い。別の例では、プレストレス層６４と６８及び接着剤層６６と６６ａのみが加熱されてセラミック層６７に接合され、一方、アクチュエータ１２を冷却する時にセラミック層６７により大きな圧縮応力を与えるために、セラミック層６７は低い温度になっている。
【００４８】
図２を参照すると、更に別のアクチュエータ１２Ｄは、互いに接合されたＰＺＴの複数の薄い層６９ａと６９ｂからなる複合圧電セラミック層６９を具えている。各層６９ａと６９ｂは圧電材料の薄い層からなり、その厚さは約１mil のオーダーであることが好ましい。各薄層６９ａと６９ｂはその主要表面に電気メッキ６５、６５ａ及び６５ｂ、６５ｃされている。次に、個々の層６９ａと６９ｂは LaRC-SIなどの接着剤を用いた接着剤層６６ｂによって互いに接合される。最も好ましい別の例では、薄層６９ａと６９ｂは圧電材料の薄いシートをいっしょに焼成することによって互いに接合される。少なくとも二つの層６９ａと６９ｂ、好ましくは少なくとも四つの圧電材料の薄いシートが接合／焼成される。この複合圧電セラミック層６９は、次に接着剤層６６と６６ａによってプレストレス層６４に接合され、前述のように加熱・冷却されて改良されたサンダーアクチュエータ１２Ｄを作る。改良されたアクチュエータ１２Ｄに複数の圧電材料の薄層６９ａと６９ｂを入れることによって、この複合セラミック層は、単一の厚いセラミック層６７のみを有するサンダーアクチュエータ１２によって生起される高電圧と低電流に比べて、低い電圧と高い電流を発生する。
【００４９】
アクチュエータ１２の凸面１２ａを被覆するのに、可撓性絶縁体が使用される。この絶縁性コーティングは、他の導体、液体、人体等との不注意による接触によって起こる圧電素子の偶然の放電を防ぐことを助ける。このコーティングは、このセラミック素子を更に丈夫にし、衝撃による割れや損傷に対して抵抗性を与える。LaRC-SI は誘電体なので、アクチュエータ１２の凸面１２ａ上の接着剤層１２ａは絶縁層として働く。別の例として、絶縁層はプラスチック、テフロン（登録商標）その他の耐久性コーティングであってもよい。
【００５０】
一対の電線によって電気エネルギがアクチュエータ素子１２から回収され、或いはこれに導入される。各電線１４は、アクチュエータ素子１２の両側に一端で取り付けられている。電線１４は（例えば接着剤や半田２０によって）セラミック層６７の電気メッキ６５及び６５ａされた面に直接接続され、或いはプレストレス層６４に接続されている。前述のように、このプレストレス層６４は、誘電体であるLaRC-SI 材料によってセラミック層６７に接着されることが好ましい。電線１４がプレストレス層６４に接続される時に、プレストレス層６４の面を粗面化して、プレストレス層６４が各接着剤層６６と６６ａに間欠的に入り込み、セラミック層６７の電気メッキ６５、６５ａされた面に電気的に接触させることが好ましい。別の例では、LaRC-SI 接着剤層６６は接着剤の充填剤として使用されるニッケルやアルミの粒子等の導体材料を有し、プレストレス層とセラミックの電気メッキ面との間の電気的接触を維持する。各電線１４の反対側の端部は、電気パルス修正回路１０に接続されることが好ましい。
【００５１】
予め応力を付与された可撓性張力変換器１２は、その耐久性と比較的大きい変位、及びこの変換器が生起可能な付随する比較的高い電圧の故に好ましい。しかし、本発明は、ここに述べる性質と特徴、即ち、装置の変形に呼応して電圧を発生する能力を有する任意の電気作動式エレメントによって実施可能である。例えば、本発明は、磁歪型或いは強誘電型装置を用いて実施してもよい。この変換器は円弧形状でなくてもよく、平坦形状の変換器を含み、更には積層された圧電素子であってもよい。
【００５２】
図４に示されているように、作動の際に矢印１６によって示された力がアクチュエータ１２の凸面１２ａに加えられると、この力は圧電素子６７を変形させる。この力は、圧電アクチュエータに直接に手動圧力を付与することにより、或いはその他の機械的手段による適宜な任意の手段によって圧電アクチュエータ１２に付与される。好ましくは、この力は、アクチュエータ１２に付与されそしてここから除去される機械的衝撃を生起可能な機械的スイッチ（例えばプランジャ、ストライカ、トグル又はローラスイッチ）によって付与される。機械的衝撃（或いはその除去）は、アクチュエータ１２を急速に変形させ、一定の距離（約１０mm）にわたって加速し、電気機械式ラッチリレーを作動させるのに充分な大きさの電気信号を発生するのに充分な力である。
【００５３】
図３、４、５を参照すると、機械的な力の付与によって電気的パルスを発生する前記手段の説明図は、スイッチプレート１８とプランジャアセンブリ１３からなる。圧電アクチュエータの両端は、それぞれ、スイッチプレート１８の凹部４４内に枢支されている。スイッチプレート１８は、これに入っているアクチュエータ１２と同じ形状、好ましくは長方形を有している。別の例では、円形のアクチュエータが円形のスイッチプレートの円形凹部に装着されている。スイッチプレート１８の凹部４４は、緩んだ即ち変形していない状態のアクチュエータ１２を保持している。凹部４４は、アクチュエータが完全に変形した状態即ち平らな状態において、アクチュエータ１２の端又は縁を完全に受け入れるのに充分な深さも有している。プランジャアセンブリは、ヒンジ止めされた急速解放機構２４に枢支された押しボタン２２を具えている。この急速解放機構２４の端部は、アクチュエータ１２の両側面を把持する一対のプレート２７と２８に接続されたシャフト２６に接触している。解放コッグ２５が急速解放機構２４の経路に沿って設けられている。
【００５４】
作動する際に、押しボタン２２が矢印１６の方向に押されると、急速解放機構２４がシャフト２６とプレート２７、２８を押し下げ、アクチュエータ１２を変形させる。急速解放機構２４が解放コッグ２５に達すると、急速解放機構２４はそのヒンジ上で回動し、シャフト２６、プレート２７と２８及びアクチュエータ１２から下向き圧力を解放する。プレストレス層６４の基板の復帰力によって、アクチュエータ１２は急速に図５の矢印３０の方向に動いて、その変形前の状態に復帰する。
【００５５】
前に述べたように、この付与された力が圧電アクチュエータ１２を変形させる。圧電効果によって、圧電素子６７の変形はアクチュエータ１２の面１２ａと１２ｃの間に瞬間的な電圧を発生させ、これによって電気エネルギのパルスが生じる。更に、圧電アクチュエータ１２から力が除かれると、アクチュエータ１２は元の円弧形状に復帰する。これは、セラミック６７が接合された基板即ちプレストレス層６４と６８がセラミック６７に圧縮力を及ぼし、アクチュエータ１２は、アクチュエータ１２を変形前の中立状態に戻す男性係数を持つからである。アクチュエータ１２の復帰ストロークにおいて、セラミック６７は非変形状態に戻り、それによって反対の極性を有するもう一つの電気パルスを生じる。下向き（付与された）又は上向き（復帰の）ストロークは、所望の電気パルスを発生させるのに充分な長さの距離にわたって力を発生させなければならない。復帰ストロークの期間、即ち発生したパルスの期間は、アクチュエータ１２に付与された力の大きさに応じて、５０〜１００ミリ秒の範囲にあることが望ましい。
【００５６】
図６を参照すると、本発明の好適実施態様においては、アクチュエータ１２はその一端１２１を把持され、機械的衝撃が自由端１２２即ちアクチュエータ１２の把持された端１２１の反対側の端の縁に付与される。アクチュエータ１２の自由端１２２の縁に力を付与してこれを解放することによって、力を除去した時に発生する電気パルスは、前述の作動手段の場合の単一パルスではなく振動波となる。
【００５７】
図６を参照すると、図６はアクチュエータ１２の一端に機械的な力を付与することによって電気パルスを発生させる装置を一実施態様を示している。この装置は、ベースプレート７０と把持部材７５及び偏向アセンブリ７２との間に装着されたアクチュエータ１２を含んでいる。ベースプレート７０は、その上に取付けられたアクチュエータ１２と（平面図において）実質的に同じ形状をなしており、最も好ましくは長方形である。圧電アクチュエータ１２の一端１２１は、把持部材７５とベースプレート７０の上面７０ａ、好ましくはその一端との間に保持されている。把持部材７５は、アクチュエータ１２を間に挟んでベースプレート７０の上面７０ａと対になるように構成された下面７５ａを有するプレート又はブロックである。この装置は、把持ブロックの係合面７５ａをベースプレート７０の上面７０ａの方へ押しやる手段７６も有している。これによって、把持プレート７５の下面７５ａは、好ましくはスイッチプレート７０の一方の側面の方に向かってベースプレート７０の上面７５ａと実質的に強固に組合せられる。ベースプレート７０と把持プレート７５の係合面７０ａと７５ａを共に付勢する手段７６は、ねじ、把持あご又はばね等で構成される。最も好ましくは、この付勢手段７６は、把持部材７５を貫通してベースプレート７０の上面７０ａのねじ孔７７に入る少なくとも１本のねじ７６である。
【００５８】
アクチュエータ１２の一端１２１は、ベースプレート７０と把持プレート７５の係合面７０ａと７５ａとの間に置かれる。次に、係合面７０ａと７５ａはねじ７６によって互いに近づくように押しやられ、アクチュエータ１２の反対側の端部１２２を手動或いは好ましくは偏向アセンブリ７２によって付与された機械的衝撃によって自由に動かせるようにして、アクチュエータ１２の端部１２１をベースプレート７０と把持プレート７５との間に強固に保持する。
【００５９】
図７を参照すると、本発明の好適実施態様において、ベースプレート７０と把持プレート７５の面７０ａと７５ａは、両者の間にアクチュエータ１２１の端１２１に圧力が最も均等に分配されるように構成されている。アクチュエータの端１２１に接触するベースプレート７０の上面７０ａは、好ましくは実質的に平坦であり、把持部材７５の下面７５ａは、アクチュエータの端１２１を挿入して収容する凹部７４を有することが望ましい。好ましくは、凹部７４の深さはアクチュエータの基板６４の厚さの半分であるが、基板の厚さと同じ深さであってもよい。したがって、アクチュエータ１２の端１２１は、凹部７４とベースプレート７０の上面７０ａとの間に置かれ、ねじ７６によって両者の間に固定される。別の例では、ベースプレート７０と把持部材７５の係合面７０ａと７５ａのいずれか一方又は両方が凹部を有し、その間にアクチュエータ１２の端１２１を挿入・把持して収容する。凹部７４を越える把持部材７５の底面７５ａの部分は、アクチュエータに接触せず、ねじが通過する部分である。底面７５ａのこの部分は、接触ベースプレート７０の上面７０ａに接触しても良いが、最も好ましくは、アクチュエータ１２が挿入された場合に、把持部材７５の下面７５ａとベースプレート７０の上面７０ａの間に、小さな間隙（基板の厚さとベースプレート７０の上面７０ａとの差に等しい）があった方が良い。本発明の更に他の実施態様においては、ベースプレート７０と把持プレート７５の係合面７０ａと７５ａは、アクチュエータ１２の端１２１が間に挟まれた状態で接着されている。この装置の他の実施態様においては、把持部材７５とベースプレート７０は、アクチュエータ１２の一方の端１２１が挿入される中心スロットを有する単一の成形構造体である。
【００６０】
把持アセンブリ７５は、アクチュエータ１２の自由端１２２を偏向アセンブリ７２に接近させた状態で、ベースプレート７０の上方にアクチュエータ１２をリラックス状態即ち非変形状態に保持する。更に詳しくは、アクチュエータ１２は、アクチュエータ１２の凸面１２ａをベースプレート７０に対面させた状態で、ベースプレート７０と把持プレート７５の係合面７０ａと７５ａとの間にアクチュエータ１２を挟むことが好ましい。リラックス状態のアクチュエータ１２は円弧形状をなしているので、アクチュエータ１２の凸面１２ａは、アクチュエータ１２の自由端１２２に接近しながらベースプレート７０の上面７０ａから離れるように湾曲する。次に、電気作動式エレメント６７を変形させて電気信号を発達させるために、機械的力がアクチュエータ１２の自由端１２２に付与される。
【００６１】
アクチュエータ１２の複合多層構造によって、把持部材７５はアクチュエータ１２を強固に保持するのみでなく、アクチュエータ１２は把持部材７５によって傷められない。換言すれば、アクチュエータ１２、もっと詳しくはセラミック層６７は静的モードにおいて把持部材７５の把持作用によって傷められてはならず、プランジャ７２によってアクチュエータ１２に機械的衝撃が付与された時に動的状態になることが必要である。例えば、図６を参照すると、矢印８１の方向にアクチュエータ１２に機械的衝撃が付与されると、セラミックの底の隅（点Ｃ）はベースプレート７０に接触し、更にベースプレート内に押し込まれ、これによってセラミック層６７を割ったり傷つけたりする。
【００６２】
再び図７を参照するに、把持プレート７５とベースプレート７０の係合面７５ａと７０ａとの間の公差は非常に狭いことが判った。アクチュエータ１２の自由端１２２に下向きの力（矢印８１で示されている）を付与すると、アクチュエータ１２のセラミック素子６７がベースプレート７０の上面７０ａに接触し、セラミック６７に損傷を与えやすい。したがって、本発明の好適実施態様においては、スイッチプレート７０はその上面７０ａに凹部領域８０を有し、これが電気作動式エレメント６７を損傷から護るのみでなく、アクチュエータ１２の凸面１２ａへの電気的接触も提供し、アクチュエータ１２によって発達した電気信号が下流側の回路素子に印加される。
【００６３】
図７に見られるように、アクチュエータの一端１２１は把持プレート７５とベースプレート７０の面７５ａと７０ａとの間に置かれ、基板６４のみが両表面７５ａと７０ａの両方に接触するようになっている。把持プレート７５は、基板６４に沿ってアクチュエータ１２の反対面１２ａ上のセラミック層６７のほぼ縁まで、アクチュエータ１２の凹面１２ｂに接触していることが好ましい。しかし、把持部材は凸面１２ｃに沿ってセラミック層６７の縁Ｃより遠くまで延在し、把持部材７５とベースプレート７０との間のアクチュエータの表面１２ａと１２ｃにより大きな或いはより均一な圧力を付与している。凸面１２ａ上の基板６４の表面の上方に延在するセラミック層６７は、スイッチプレート７０の凹部領域８０内まで延在している。これによって、セラミック層６７がベースプレート７０の上面７０ａに接触することが防がれ、セラミック層６７に対する損傷の可能性が減少する。
【００６４】
凹部８０はセラミック層６７への損傷を防ぐのみではなく、一つの表面を提供し、これに沿ってアクチュエータ１２の凸面上に電極６８によって電気的接触を維持することができる。凹部８０はベースプレート７０内に延在し、変化する深さを有し、この深さはアクチュエータ１２の凸面１２ａが凹部８０から上昇してベースプレート７０の上面７０ａの上方まで達する角度を収容するような角度を付けられていることが好ましい。更に詳しくは、凹部８０は深い端８１と浅い端８２とを有し、把持部材７５と基板１２の下方の深い端８１の最大深さは、セラミック層６７が点Ｃにおいて凹部８０内に入る直前にある。次に凹部８０は、アクチュエータ１２の自由端１２２に近づく方向に次第に浅くなり、浅い端８２においてその最小深さに達する。
【００６５】
凹部８０はその下側表面に沿ってゴムの層８５を具えていることが好ましく、アクチュエータ１２が変形してセラミック層６７の下縁Ｃが凹部８０に押し込まれた時に、これがセラミック層６７の損傷を防止することを助ける。好ましくは、このゴム層８５はその長さに沿って実質的に均一な厚さを有し、ゴム層８５のこの厚さは、浅い端８２における凹部８０の深さに実質的に等しい。アクチュエータ１２が凹部とゴム層８５内に押し込まれた時にゴム層８５の変形を収容できるように、ゴム層８５の長さは凹部８０の長さより僅かに短いことが好ましい。
【００６６】
好ましくは、このゴム層８５はこれに沿った可撓性電極層９０を有し、アクチュエータ１２の凸面１２ａ上のセラミック層６７上のアルミ層６８との電気的接触を容易にしている。更に好ましくは、この電極層９０は、好ましくは CIBA 接着剤の層によってゴム層８５に接合された E.I. du Pont de Nemours and Companyによって製造された KAPLON フィルムの層に重なった銅の層を具えている。電極層９０は、凹部８０の深い端８１から浅い端８２までゴム層８１を完全に横切って延在し、凹部８０を越えてベースプレート７０の上面７０ａ上に短い距離だけ続いている。
【００６７】
本発明の好適実施態様においては、アクチュエータ１２の端１２１が把持プレート７５はベースプレート７０の間に固定されているだけでなく、アクチュエータ１２の全運動範囲におけるアクチュエータの位置に無関係に、アクチュエータ１２のセラミック層６７を被覆するアルミ電極層６８が、凹部８０内の電極層９０に常時一定に接触している。この目的のために、凹部８０の深さ（上面７０ａから電極９０までの）は、凹部８０内に入り込んでいる積層（接着剤層６６、セラミック層６７、プレストレス層６８）の厚さより僅かに小さい値に少なくとも等しいことが好ましい。
【００６８】
次に示す寸法を有するアセンブリが作られた。アセンブリは１．５９×１．７９インチのばね鋼の基板(８milの厚さ) を具えていた。ニッケル粉末の充填剤を有する１〜１．５milの厚さの１．５１インチ四方の接着剤の層が、基板の三辺から０．０２インチの基板の一端に（アクチュエータの一端１２１に０．２５インチのタブを残して)載せられた。８milの厚さの１．５インチ四方のＰＺＴ−５Ａの層が接着剤層の真ん中に置かれた。１milの厚さの接着剤の層(金属充填剤を含まない)が、ＰＺＴ層の真ん中に１．４７インチ四方にわたって置かれた。最後に、１milの厚さの１．４６インチ四方のアルミ層が接着剤層の真ん中に置かれた。アクチュエータのタブ１２１が、長さ０．３７５インチ、深さ４milの把持ブロック７６の凹部内に置かれた。ベースプレート７０は０．２６インチの長さの凹部８０を有し、ここで凹部の深い端８１は２０mil の深さを有し、凹部８０の浅い端８２の１５milの深さまで均一に傾斜している。厚さ１５mil 、長さ０．２４インチのゴム層８５が、凹部８０内に置かれる。１milのKAPTONテープに重なった１milの銅箔の電極層がゴム層に接着され、凹部を１．１１５インチ越えて延在した。把持部材７５はねじ７６によってベースプレート７０に固定され、アクチュエータ１２のアルミの第２プレストレス層が、凹部８０の電極９０にアングルに対して実質的に接線方向に（殆ど平行に）接触し、これによってアクチュエータ１２は両者の間の電気的接触表面積を最大にした。
【００６９】
図７に示されているように、本発明の別の実施態様においては、ウエイト９５がアクチュエータ１２の自由端１２２に取付けられている。アクチュエータ１２の自由端１２２への質量９５の付加によって、振動の減衰量が減り、アクチュエータが変形したり解放されたりした場合に、アクチュエータ１２の振動の時間長さが長くなる。長い時間長さと高い全体振幅を持つことによって、アクチュエータ１２は、自由端１２２に付加質量を持たないアクチュエータ１２に比べて、その振動からより多い電気エネルギを生起させることができる。
【００７０】
図６と図７を参照すると、前述のように、アクチュエータ１２を変形させることによって電気信号を発生することが望ましい。アクチュエータ１２の変形は、手動或いはプランジャ、レバー等の機械的偏向手段等の任意の適宜な手段によって行なわれる。図６と図７では、アクチュエータ１２の自由体１２２の近くのベースプレート７０に簡単なデフレクタ７２が装着されている。このデフレクタアセンブリ７２は、第１及び第２端８７、８８を有するレバー８６を具えている。このレバーはその両端８７と８８の間で支点８９に回動可能に取付けられている。矢印９１の方向にレバー８６の第１端８７に力を作用させることによって、レバーは支点８９を中心に回動して、矢印８１の方向の機械的衝撃をアクチュエータ１２の自由端１２２に印加する。別の例では、レバー８６は矢印９１と反対方向に動いてもよく、アクチュエータ１２は矢印８１と反対方向に変形する。
【００７１】
図１３と図１４ａ〜ｃを参照すると、これらの図はデフレクタアセンブリ７２を有し、アクチュエータ１２を具えたケーシングの好適実施態様を示している。ベースプレート７０はアクチュエータ１２を取り囲むケーシング２００のベースを形成している。このケーシング２００の各側面には壁２０１、２０２、２０３、２０４があり、これらはベースプレート７０の上面７０ａから垂直に延在している。ケーシング２００の一端にはデフレクタアセンブリ７２が装着されている。プランジャは内側表面１７２ｂ、外側表面１７２ａ、自由端１７３及び装着端１７４を有する。詳しくは、プランジャ１７２は、一端１７４でケーシング２００の壁２０１に回動可能に装着されている。プランジャ１７２の自由端１７３は、ケーシングの反対側の壁２０２上のリップ２０２ａに係合する隆起１７３ａを有する。プランジャ１７２の自由端１７３はばねで付勢されていることが好ましく、それによって隆起１７３ａはリップ２０２ａの方に常時付勢されている。この目的のために、ベースプレート７０のベースの上面７０ａと隆起１７３ａ又はプランジャの内側表面１７２ｂとの間に圧縮状態で保持されたばね１５０があることが望ましい。これによって、ベースプレート７０に装着されたアクチュエータ１２が、ベースプレート７０、四つの壁２０１、２０２、２０３、２０４及びケーシング２００の壁２０１上のベースプレート７０の反対側に回動可能に装着されたプランジャ１７２によって形成されたケーシング２００の中に収容される。プランジャが回動可能に装着され、プレート１７２の外側表面１７２ａに矢印１８０の方向に）圧力をかけているので、プランジャはヒンジ１７５を中心にベースプレート７０の上面７０ａの方に回動する。プランジャは回動可能に装着され、且つばねによって付勢されているので、プランジャ１７２の外側表面１７２ａから圧力を取り除くと、プランジャはヒンジ１７５を中心に、隆起１７３ａがリップ２０２ａを捕らえるまでベースプレート７０の上面から離れる方向に回動する。
【００７２】
ケーシング２００の内部には、ベースプレート７０の上面７０ａに取付けられた解放ピン１８６と連携して作動するプランジャ１７２の内側表面１７２ｂ上のばね付勢されたロッカーアーム１８５を具えた急速解放機構１８０が設けられている。この急速解放機構１８０は、アクチュエータ１２の自由端１２２を変形させ、次いで急速に解放して、これを位置２９１と２９２の間で振動可能とするように構成されている。この急速解放機構１８０は、アクチュエータ１２の振動に干渉せず、且つ引き続くアクチュエータ１２の変形を妨げないように中立位置に復帰するようにも構成されている。
【００７３】
図１４ａ〜ｃを参照すると、ロッカーアーム１８５が、アクチュエータ１２の自由端１２２の上方のプランジャ１７２の内面１７２ｂに回動可能に取付けられている。更に詳しくは、このロッカーアーム１８５は、アクチュエータ１２の把持端１２１からそれが離れるように回動可能な中立位置を有するが、この中立位置からアクチュエータ１２の把持端１２１の方へは回動しないように取付けられている。換言すれば、回転ストップ１８３が急速解放機構１８０の一部を形成し、これが設けられていることによって、ロッカーアームがストップ１８３において中立位置を越えて回動することを防がれる。ロッカーアーム１８５は、それが動かない場合にはロッカーアーム１８５を中立位置に維持するようにばねで付勢されていることが好ましい。この目的のために、圧縮されたばね１８７が、ロッカーアーム１８５とばねストップ１８８との間に、ストップ１８３の反対側に設けられている。
【００７４】
ケーシング２００の内側には、ベースプレート７０の上面７０ａに解放ピン１８６が位置している。この解放ピン１８６は変形したアクチュエータ１２の自由端１２２を越えて直ぐの位置に設けられているが、ロッカーアーム１８５は越えていない。換言すれば、プランジャ１７２が解放ピン１８６の方に押し下げられると、それと共にアクチュエータ１２が位置２９１から位置２９２まで下がり、解放ピン１８６はロッカーアーム１８５に接触するが、アクチュエータ１２には接触しない。ロッカーアーム１８５（及びアクチュエータ１２）が更に押し下げられるにつれて、解放ピン１８６はロッカーアーム１８５を押し退けて、これをアクチュエータ１２の把持端１２１から離れるように回動させる。ロッカーアーム１８５は、アクチュエータ１２の縁１２２がロッカーアーム１８５によって位置２９２に保持されなくなるまで回動し、その地点においてアクチュエータ１２の縁１２２は解放されて非変形状態に跳ね返り、これによって位置２９１と２９２の間を振動する。
【００７５】
プランジャ１７２から圧力が解放されると、プランジャ１７２はばね１５０の復帰力によって、非偏向位置（隆起１７３ａがリップ２０２ａに接触している）に戻る。プランジャ１７２からの圧力が解放され、プランジャ１７２がその非偏向位置まで戻ると、ロッカーアーム１８５もばね１８７の復帰力によってその非偏向位置（アクチュエータ１２の上方にストップ１８３が対面している）に戻る。最後に、位置２９１と２９２の間の振動が止まった後に、アクチュエータ１２も位置２９１における非偏向状態に戻る。
【００７６】
図１４と１６ａ〜ｃを参照すると、これら図は、アクチュエータ１２を取り囲むケーシング２００に取付けられたデフレクタアセンブリ７２の別の実施態様を示している。ベースプレート７０はケーシング２００を形成し、これがアクチュエータ１２を取り囲んでいる。ケーシング２００の各側面には、ベースプレート７０の上面７０ａから垂直に延びた壁２０１、２０２、２０３及び２０４がある。このケーシング２００の壁の頂面（ベースプレート７０に対向する）には、面プレート２２０が取付けられ、これにデフレクタアセンブリ７２として作動するスライド機構２３０が装着されている。面プレート２２０は内側表面２２０ａ、外側表面２２０ｂ及び面プレート２２０の中心を実質的に貫通するチャンネル２４０を有している。このチャンネル２４０は第１端２４１と第２端２４２を有し、ケーシング２００の第１及び第２壁２０１と２０２に垂直な軸Ｌに沿って実質的に直線状に延在している。換言すれば、面プレート２２０を貫通するチャンネル２４０の第１端２４１は、ケーシング２００の第１壁２０１の近傍にあり、面プレート２２０を貫通するチャンネル２４０の第２端２４２は、ケーシング２００の第２癖２０２の近傍にある。チャンネル２４０の第２端は、アクチュエータ１２の自由端１２２の場合よりも、ケーシングの第２壁２０２の方に向かって延びていることが好ましい。
【００７７】
チャンネル２４０は、ばねによって付勢されたパドル２５０をスライド可能に保持するように構成されている。好ましくは、このパドルは第１及び第２端２５１と２５２及び中心ピン２５５を有している。面プレート２２０のチャンネルは、チャンネル２４０に中心ピン２５５をスライド可能に保持したまま、パドルが面プレート２２０を貫通して延在することを可能にしている。更に詳しくは、パドル２５０はチャンネル２４０によって面プレート２２０を貫通して延在し、チャンネルに沿ってパドルはチャンネルの軸Ｌに平行な方向に、アクチュエータ１２の把持端１２１から自由端１２２までスライドし、そして戻る。パドル２５０の第１端２５１は面プレート２２０の外側表面２２０ｂの上方に位置し、パドル２５０の第２端２５２はアクチュエータ１２の上方のケーシング２００内に位置している。このパドル２５０は、チャンネル２４０内に保持されているピン２５５によって前記位置に維持されている。こうして、外側表面２２０ｂにおけるチャンネル２４０の幅は、パドルの上方部分２５１通過させるのに充分なものであり、一方、内側表面２２０ａにおけるチャンネル２４０の幅は、パドルの下方部分２５２が通過するのに充分なものである。（内側及び外側表面２２０ａと２２０ｂの間の）面プレート２２０内におけるチャンネル２４０の幅と高さは、中心ピン２５５の幅と高さを収容するのに充分なものであって、パドルの上方及び下方部分２５１、２５２の幅より広い。
【００７８】
パドル２５０の第１端２５１は手で充分につかめるにように、面プレート２２０の外側表面２２０ｂの上に或る距離だけ延びていることが好ましい。パドル２５０の第２端２５２は、パドル２５０がアクチュエータ１２の把持部材７５及び／又は把持端１２１に接触しないで、しかもアクチュエータ１２の自由端１２２に接触して変形させるのに充分な距離だけアクチュエータ１２の上方にケーシング２００の中に延在していることが好ましい。パドル２５０は、選ばれた一方の方向に動いた場合に、第２端２５２がヒンジ又は中心ピン２５５を中心に回動可能なように、（ケーシング２００又はチャンネル２４０内の中心ピン２５５の位置又はその近傍の）第２端２５２に枢支されていることが好ましい。好ましくは、パドル２５０の第２端２５２は、パドル２５０がケーシング２００の第１壁２０１の方に走行する時には回動するが、ケーシング２００の第２壁２０２の方へ走行する時には回動しないように、枢支されている。
【００７９】
好ましくは、パドル２５０は、パドルがケーシング２００の第１壁２０１の方へチャンネル２４０に沿って常に付勢されるように、ばねによって負荷を与えられている。この目的のために、パドルとケーシング２００の第１壁２０１又は第２壁２０２との間に保持されたばね２６０が設けられ、最も好ましくは、ばね２６０はパドル２５０とチャンネル２４０の第１端２４１又は第２端２４２との間に保持される。パドルを第１壁２０１の方へ付勢するために、このばね２６０はパドル２５０とチャンネル２４０の第１端２４１との間に引き伸ばされた状態で保持されるか、或いは最も好ましくは、ばね２６０はパドル２５０とチャンネル２４０の第２端２４２との間に圧縮された状態で保持されている。
【００８０】
これによって、ベースプレート７０に装着されたアクチュエータ１２が、ベースプレート７０、四つの壁２０１、２０２、２０３、２０４及びベースプレート７０の反対側の面プレートによって形成されたケーシング２００の内部に設けられた装置が提供される。パドル２５０はスライド可能に装着されているので、（矢印２８１の方向に）パドルの第１端２５１に圧力を加えることによって、パドルはチャンネル２４０に沿ってケーシング２００の第２壁２０２の方にスライドする。パドル２５０はスライド可能に装着されてばねで付勢されているので、パドル２５０から圧力を解放すると、チャンネル２４０の第１端２４１に当接して止まるまでパドルはチャンネル２４０に沿って復帰する。
【００８１】
図１６ａ〜ｄを参照すると、パドルの上方部分２５１は、アクチュエータ１２の上方の（ケーシング２００内の）面プレート２２０の内側表面２２０ａの下方のパドルの下方部分２５２に回動可能に取り付けられている。更に詳しくは、パドルの下方部分２５２は、アクチュエータの把持端１２１からそれが遠ざかる方には回動するが、中立位置からアクチュエータ１２の把持端１２１に近づく方には回動しないように、取付けられている。換言すれば、パドル２５０の形状は、下方部分２５２が中立位置を越えて回動することを防ぐようになっている。
【００８２】
作動の際に、パドル２５０が（矢印２８１の方向に）チャンネル２４０の第２端２４２に向かって動かされると、パドルの下方部分２５２はアクチュエータ１２の凹面１２ｃに接触して、アクチュエータの自由端１２２を（位置２９１から離れるように）変形し始める。パドル２５０が矢印２８１の方向に動きを続けるにつれて、自由端１２２がパドルの下方部分２５２の直下に来た時に、パドルの下方部分２５２はアクチュエータ１２の自由端１２２をその最大変形まで押し下げる。この位置から矢印２８１の方向にパドルが更に動くと、アクチュエータ１２の自由端１２２はパドルの下方部分２５２に付与されていた変形から突然に解放される。解放されると、アクチュエータ１２の縁１２２は位置２９１の非変形状態に跳ね戻り、それによって位置２９１と２９２の間を振動する。パドル２５０から（矢印２８１の方向に）圧力が解放されると、パドルはばね２６０の復帰力によって、矢印２８２の方向に移動する。パドル２５０が（チャンネル２４０の第１端２４１の方の）非変形位置に方に戻るにつれて、位置２９１にあるアクチュエータ１２の自由端１２２は、パドル２５０の下方位置２５２に対して圧力を及ぼす。上方部分２５１の走行方向と反対方向にパドルの下方部分に加えられた圧力に呼応して、下方部分２５２はパドルの中心ピンを中心に回動する。パドルの下方部分２５２がアクチュエータの自由端１２２を越えて矢印２８２の方向に走行した後に、下方部分２５２は非変形（曲がっていない）状態に復帰する。パドルの下方部分２５２の回動によって、パドル２５０はチャンネル２４０の第１端２４１におけて中立の非変形位置に戻る。
【００８３】
アクチュエータ１２の端１２２が（手動或いは図６、７又は１３〜１６等におけるデフレクタアセンブリ７２を使用して）変形しそして解放されると、アセンブリ１２の端１２２は飛び込み板のように位置２９１と２９２の間で振動を繰り返す。これは、セラミック６７が接合されている基板とプレストレス層６５、６８がセラミック６７に圧縮力を作用し、それによって復帰力を提供するからである。したがって、アクチュエータ１２は、アクチュエータ１２を位置２９１における非変形の中立状態に復帰させる弾性係数即ちばね定数を有する。アクチュエータ１２の振動は、図１０ａに示されたような減衰する調和振動の波形を有する。換言すれば、アクチュエータ１２の自由端１２２の振動の振幅は、アクチュエータ１２の自由端１２２からの機械的瞬間力の解放に続いて（数振動の後に）最大になる。アクチュエータ１２が振動を続けるにつれて、振幅は時間と共に次第に（ほぼ指数的に）減衰し、最後にアクチュエータ１２は中立位置で停止する。
【００８４】
手動或いは機械的変形手段７２のいずれかによって付与された力は、圧電アクチュエータ１２を変形させ、圧電効果によって圧電素子６７の変形はアクチュエータ１２の面１２ａと１２ｂとの間に瞬間的な電圧を発生させ、これによって電気信号が発生する。更に、圧電アクチュエータ１２から力で除去されると、アクチュエータはそれが次第に元の形状に戻るまで、位置２９１と２９２の間で振動する。アクチュエータ１２が振動すると、セラミック層６７が交互に強く圧縮されたり弱く圧縮されたりして歪む。セラミック層６７によって生じた電圧の極性は歪みの方向によって決まり、したがって、圧縮によって発生した電圧の極性は引っ張りによって発生した極性の反対となる。したがって、アクチュエータ１２が振動すると、セラミック素子６７によって発生した電圧は、時間の経過に対して正と負の電圧の間を振動し、発生した振動電気信号の時間は、アクチュエータ１２の形状、取付け方法、アクチュエータに付与される力の量に応じて、１００〜２５０ミリ秒の範囲あることが好ましい。
【００８５】
アクチュエータ１２によって発生した電気信号は、アクチュエータ１２に接続された電線１４を介して下流の回路素子に印加される。更に詳しくは、第１電線１４は電極９０に接続され、この電極は凹部８０内に延びてアクチュエータ１２の凸面１２ａ上の電極８８に接触している。好ましくは、電線１４は、把持部材７５を有する端と反対側のベースプレート７０の端に近い凹部の外側の電極９０に接続されている。第２電線１４は第１プレストレス層６４、即ちアクチュエータ１２の凹面１２ｃ上の電極として働く基板６４に直接接続されている。
【００８６】
図８を参照すると、スイッチ始動装置を作動させるＲＦ信号を発生させるためにアクチュエータ１２は下流側の回路部品に接続されている。これらの回路部品は、整流器３１、電圧調整器Ｕ２、エンコーダ４０（好ましくは周辺機器コントローラ（ＰＩＣ）チップ）、ＲＦ発生器５０及びアンテナ６０である。図１０ｂは、図１０ａの信号が整流された後の波形を示す。図１０ｃは、整流された図１０ｂの電気信号が実質的に均一な電圧、好ましくは直流の３．３ボルトに調整された後の波形を示す。
【００８７】
図９を参照すると、アクチュエータ１２は先ず整流器３１に接続されている。好ましくは、この整流器３１は、正の電圧のみを通過させるように配置された四つのダイオードテ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を具えたブリッジ型整流器３１である。最初の二つのダイオードＤ１とＤ２は直列に接続され、即ちＤ１の陽極はＤ２の陰極に接続されている。次の二つのダイオードＤ３とＤ４は直列に接続され、即ちＤ３の陽極はＤ４の陰極に接続されている。ダイオードＤ２とＤ４の陽極同士は接続され、ダイオードＤ１とＤ３の陰極同士は接続され、これによってブリッジ型整流器が形成されている。この整流器はＤ２−Ｄ４の接続部の方が正にバイアスされ、Ｄ１−Ｄ３の接続部の方は負にバイアスされている。アクチュエータ１２の一方の電線１４はダイオードＤ１とＤ２の接続部の間に接続され、（アクチュエータ１２の反対面に接続された）他方の電線１４はダイオードＤ３とＤ４の接続部の間に接続されているダイオードＤ１，Ｄ３の接続部は接地されている。コンデンサＣ１１の一方がＤ２−Ｄ４の接続部に接続され、コンデンサＣ１１の他方がＤ１−Ｄ３の接続部に接続され、整流器の各側に電圧を分離している。したがって、Ｄ１−Ｄ２又はＤ３−Ｄ４の接続部に付与された任意の負電圧は、ダイオードＤ１又はＤ３を通ってそれぞれ接地される。Ｄ１−Ｄ２又はＤ３−Ｄ４の接続部に付与された任意の正電圧は、ダイオードＤ２又はＤ４を通ってそれぞれＤ２−Ｄ４の接合部に達する。整流された波形は図１０ｂに示されている。
【００８８】
この回路は、整流器３１の下流側の入力電気信号の大きさを制御する電圧調節器Ｕ２も具えている。この整流器３１は、Ｄ２−Ｄ４の接続部が電圧調整器Ｕ２のＶｉｎピンに接続され、Ｄ１−Ｄ３の接続部が電圧調整器の接地ピンに接続された状態で電圧調整器Ｕ２に電気的に接続されている。この電圧調整器Ｕ２は、例えば３．３ボルトの直流電圧の出力を有するＬＴ１１２１チップ電圧調整器Ｕ２を具えている。出力電圧の波形が図１０ｃに示され、アクチュエータ１２に印加される荷重に応じて、約１００〜２５０ミリ秒の時間長さを有する３．３ボルト実質的に均一な電圧信号である。調整された波形が図１０ｂに示されている。この電圧調整器（のＶｏｕｔピン）からの出力電圧信号は、次に別の導体を経てリレースイッチ２９０に伝達され、リレースイッチ２９０の位置を一方の位置から他方の位置に変える。しかし、好ましくは、この出力信号はエンコーダ４０を経て回路のＲＦ発生部５０に接続される。
【００８９】
図８と９を参照すると、電圧調整器Ｕ２の出力は、エンコーダ４０又はパルス状のトーンを発生する周辺機器制御（ＰＩＣ）用マイクロコントローラを具えたトーン発生器を働かせるのに使用されることが好ましい。このパルス状トーンは、同調ループアンテナ６０を用いてＲＦ信号を放射するＲＦ発生部５０を変調する。ループアンテナによって放射された信号は、ＲＦ受信装置２７０とデコーダ２８０に傍受され、リレーパルスとなってリレー２９０を作動させる。
【００９０】
電圧調整器Ｕ２の出力側は、調整器Ｕ２の出力電気信号のためのエンコーダ４０として作動するＰＩＣマイクロコントローラに接続される。更に詳しくは、この出力電圧信号（公称３．３ボルト) のための出力導体は、プログラム可能なエンコーダ４０の入力ピンに接続されている。レジスタベースのＰＩＣマイクロコントローラのタイプは、８ピンＰＩＣ１２Ｃ５ＸＸ 、ＰＩＣ１２Ｃ６７Ｘ 、ベースラインＰＩＣ１６Ｃ５Ｘ、ミッドレンジＰＩＣ１６ＣＸＸ及びハイエンドＰＩＣ１７ＣＸＸ／ＰＩＣ１８ＣＸＸを含む。これらのコントローラは、種々の幅のインストラクション・ワードをサポートする修正されたＨａｒｖｅｒｄ，ＲＩＳＣアーキテクチュアを採用している。データパスは８ビットの幅であり、インストラクションの幅はＰＩＣ１６Ｃ５Ｘ／ＰＩＣ１２Ｃ５ＸＸの場合には１２ビットの幅であり、ＰＩＣ１２Ｘ６７Ｘ／ＰＩＣ１６ＣＸＸの場合には１４ビットの幅であり、ＰＩＣ１７ＣＸＸ／ＰＩＣ１８ＣＸＸの場合には１６ビットの幅である。ＰＩＣＭＩＣＲＯＳはワンタイム・プログラマブルＥＰＲＯＭ及びフラッシュ・アンド・マスクＲＯＭによって入手可能である。ＰＩＣ１７ＣＸＸ／ＰＩＣ１８ＣＸＸは外部メモリをサポートしている。エンコーダ４０は、例えばＰＩＣモデル１２Ｃ６７１を具えている。ＰＩＣ１２Ｃ６ＸＸ製品の特徴は、１４ビットのインストラクション・セット、小さいパッケージのフットプリント、２．５ボルトの低い作動電圧、取り扱いの中断、内部振動装置、オンボードＥＥＰＲＯＭデータメモリ及び深い積層である。ＰＩＣ１２Ｃ６７１は、３５の単一ワード・インストラクションによってプログラム可能なＣＭＯＳマイクロコントローラであり、１０２４×１４のワードのプログラム・メモリと１０ＭＨｚの最大速度を有する１２８バイトのユーザーＲＡＭを具えている。ＰＩＣ１２Ｃ６７１は、８レベルの深さのハートウエア・スタックと二つのデジタル・タイマ（８ビットＴＭＲＯとウォッチドッグ・タイマ）及び４チャンネル・８ビットＡ／Ｄ変換器に特徴を有する。
【００９１】
ＰＩＣの出力は、方形波、正弦波、鋸歯波その他のプログラム可能な波形を含んでいる。典型的なものとしては、エンコーダ４０の出力は０と正電圧、好ましくは＋３．３ボルトの間で振動する一連の二元方形波である。各パルスの時間長さ（パルス幅）はエンコーダ４０のプログラミングによって決められ、完全波形の時間長さは電圧調整器Ｕ２の出力電圧の時間長さによって決められる。コンデンサＣ５がその一端で電圧調整器Ｕ２の出力側に接続され、他端で接地され、電圧調整器Ｕ２とエンコーダ４０の間のフィルタとして働くようにすることが好ましい。
【００９２】
こうして、トーン発生器即ちエンコーダ４０としてＩＣを使用することによって、エンコーダ４０は種々の値によってプログラム可能となる。エンコーダ４０は、エンコーダ４０の出力のためのプログラムを単純に変更することによって、多くの独特のコード化された信号の一つを発生させることができる。更に詳しくは、エンコーダ４０は十億以上のコードの一つを発生させることができる。一つのアクチュエータ又は送信装置から一つ以上のコードを発生させるために、回路に一つ以上のエンコーダ４０を有することも可能であり且つ望ましい。別の例では、複数のアクチュエータと複数のパルス変調副回路の組合せを用いて、種々の独特のコード化された信号を発生させることもできる。別の例では、エンコーダ４０は抵抗とコンデンサを有する回路を形成する一つ以上の変換器を具え、その出力をエンコーダ４０のＲＣ定数によって決まる周波数を有する方形波とすることもできる。
【００９３】
電圧調整器Ｕ２の直流出力とエンコーダ４０のコード化された出力は、ＲＦ発生器５０に接続される。コンデンサＣ６がその一端においてエンコーダ４０の出力側に接続され、他端において接地されてエンコーダ４０とＲＦ発生器５０との間のフィルタとして働く。ＲＦ発生器５０は、双極接合トランジスタ（ＢＪＴ）Ｑ１とＲＦチョークの両方を介してエンコーダ４０と電圧調整器Ｕ２に接続されたタンク回路で構成されている。更に詳しくは、このタンク回路は、それぞれの端部において互いに（並列に）接続されているコイル（inducer)Ｌ２とコンデンサＣ８を含む共振回路で構成されている。タンク回路の周波数を調節するために、コンデンサＣ８かコイルＬ２のいずれか、或いは両方が同調可能であってもよい。コイルＬ１はＲＦチョークとして働き、コイルＬ１の一端は電圧調整器Ｕ２に出力側に接続され、コイルＬ１の反対端はＬ２−Ｃ８タンク回路の第１接続部に接続されている。好ましくは、ＲＦチョークのコイルＬ１は約０．１２５インチの直径と３０程度の巻数を有するコイルであり、タンク回路のコイルＬ２のループに接続されている。Ｌ２−Ｃ８タンク回路の第２の反対側の接続部はＢＪＴ Ｑ１のコレクタに接続されている。ＢＪＴ Ｑ１のベースも抵抗Ｒ２を介してエンコーダ４０の出力側に接続されている。コンデンサＣ７はＢＪＴ Ｑ１のベースとタンク回路の第１接続部に接続されている。もう一つのコンデンサＣ９は、ＢＪＴ Ｑ１のコレクタとエミッタに並列に接続されている。このコンデンサＣ９はタンク回路のフィードバック特性を改善する。ＢＪＴ Ｑ１のエミッタは抵抗Ｒ３を介して接地されている。ＢＪＴ Ｑ１のエミッタは、抵抗Ｒ３に平列に並列に接続されたコンデンサＣ１０を介して接地されている。抵抗Ｒ３に並列接続されているコンデンサＣ１０は、高い周波数においてエミッタからの安定した導通路を提供する。
【００９４】
図１１と１２を参照すると、ＲＦ発生器５０は同調ループアンテナ６０と連携して作動する。好適実施態様においては、タンク回路のコイルＬ２はループアンテナ６０の役目を果たす。更に詳しくは、このコイル／ループアンテナＬ２は、銅線からなる一つの長方形のループＬ２とこれに接続された補助の小さなループ即ちジャンパ６１とで構成されている。長方形アンテナＬ２に対する小さなループ６１の形状と角度の調節はコイルＬ２の見掛けの直径を増減させ、したがってＲＦ発生器５０のＲＦ送信周波数を同調させるのに使用される。別の実施態様においては、別体の同調アンテナがタンク回路の第２接続部に接続されている。
【００９５】
作動する際に、電圧調整器Ｕ２からの正電圧出力がエンコーダ４０とＲＦチョークコイルＬ１に接続される。この電圧はエンコーダ４０を駆動してコード化された方形波の出力を発生させ、これが抵抗Ｒ２を介してＢＪＴ Ｑ１のベースに接続される。コード化された方形波の電圧がゼロの場合、ＢＪＴ Ｑ１は非励起状態のままであり、コイルＬ１Ａ  通じて電流は流れない。コード化された方形波が正である場合には、ＢＪＴ Ｑ１のベースは抵抗Ｒ２を介して励起される。ＢＪＴ Ｑ１が励起されると、コレクタからエミッタまでベースを横切って電流が流れ、電流はコイルＬ１を通っても流れる。方形波がゼロ電圧に戻ると、ＢＪＴ Ｑ１のベースは再び非励起状態になる。
【００９６】
チョークコイルＬ１を横切って電流が流れると、タンク回路のコンデンサＣ８は充電される。タンク回路のコンデンサＣ８が充電されると、タンク回路は回路のＬＣ定数によって決められた周波数で共振を開始する。例えば、タンク回路が７ピコファラッドのコンデンサと０．７×０．３インチの一つの長方形のループからなるコイルＬ２を有する場合、タンク回路の共振周波数は３１０ＭＨｚである。チョークコイルＬ１の磁場が変化するとタンク回路から上流側への電流の流れに対抗する電界が生じるので、チョークコイルＬ１は回路（ＰＩＣ）の上流側部品へのＲＦの漏洩を防止する。ＲＦ信号を発生させるためには、ＲＦの範囲内で周波数と共に電荷が変化しなければならない。こうして、タンク回路のコイル／同調ループアンテナＬ２で振動する電荷によって、好ましくは３１０ＭＨｚのＲＦ信号が発生する。変換器の方形波出力がＢＪＴ Ｑ１をオン・オフすると、ループアンテナ６０から発生する信号は、１００〜２５０ミリ秒の時間長さとエンコーダ４０によって決められたパルス幅（典型的には約３１０ＭＨｚのＲＦ周波数において０．１〜５．０ミリ秒程度）を有するパルス状ＲＦ信号となって、２０〜２５００パルスを発生させる。ＲＦ発生セクション５０は複数の周波数に同調可能である。したがって、この送信装置は多くの独特のコード化が可能なだけではなく、異なる周波数においてこれらの各コードを発生させることができ、このことは独特の周波数／コード信号の可能な組合せの数を大幅に増やすことができる。
【００９７】
ＲＦ発生器５０とアンテナ６０はＲＦ受信装置２７０と連携して作動する。更に詳しくは、ＲＦ送信装置６０の近傍（約３００フィート）のＲＦ受信装置２７０は、ＲＦ発生器５０によって送信されたパルス状ＲＦ信号を受信することができる。このＲＦ受信装置２７０はパルス状ＲＦ信号（トーン）を遮る受信アンテナ２７０を具えている。このトーンは受信アンテナ２７０においてパルス状電気信号を発生させ、これはデコーダ２８０として働くマイクロプロセッサ・チップに入力される。デコーダ２８０はＲＦ信号を除くすべての信号をフィルタして除去し、例えばＲＦ発生器５０から発生した信号のみを受信するようにプログラムされている。外部電力源もマイクヤプロセッサ／デコーダ２８０に接続されている。ＲＦ発生器５０からの遮られたトーンに呼応して、デコーダチップはパルス状電気信号を発生する。デコーダ２８０に接続されたこの外部電力源は、チップによって発達させられたパルス状電圧の出力信号を増強する。この増強された（例えば交流の１２０ボルトの）電圧パルスは、次に、リレー内のスイッチの位置を変更するために従来型のリレー２９０に印加される。リレースイッチの位置の変更は、双極型スイッチを有する電気装置をオン・オフさせ、或いは多位置スイッチの数個の位置のいずれかに位置決めするのに使用される。リレー２９０を可撓性張力型変換器エレメント１２の一回の押し下げと回復サイクルに対して一回だけ作動させるように、ゼロ電圧スイッチエレメントを付加してもよい。
【００９８】
（学習可能なスイッチ始動システム）
特定のトーンを受信するように同調されたリレーを制御するために、異なるトーンを発生させる幾つかの異なるＲＦ送信装置が使用されてもよい。別の実施態様においては、デジタル化されたＲＦ信号はコード化され、そしてそのデジタル化されたＲＦ信号によってコード化されたリレーのみを作動させるように（車庫のドア開閉装置の場合のように）コード化され且つプログラム可能である。換言すれば、このＲＦ送信装置は少なくとも一つのトーンを発生させることが可能であるが、複数のトーンを発生させることが可能なことが好ましい。最も好ましくは、各送信装置は一つ以上の独特のコード化された信号によってプログラムされている。トーンを発生させるためのプログラム可能なＩＣは、１０億以上のコードと均等な２０30以上の独特の信号コードを持っているので、これは容易に行なえる。最も好ましくは、本発明は、建物のライト、電気器具、保安システム等を作動させるための複数の送信装置と一つ以上の受信装置からなる一つのシステムを具えている。これらの装置の遠隔制御のためのこのシステムにおいて、ライト、電気器具及び／又はシステムを作動させるための送信装置には非常に多数のコードが利用可能であり、各送信装置は少なくとも一つの独特の、恒久的な、ユーザー側で変更できないコードを有している。ライト、電気機具及び／又はシステムにおけるこの受信装置／コントローラのモジュールは、コントローラが一つ以上の送信されたコードによって動かされて、二つ以上の送信装置が同じライト、電気器具及び／又はシステムを作動できるようにプログラム可能であって、異なる送信装置に対応する多数の異なるコードを記憶し、読み出すことができる。
【００９９】
この遠隔制御システムは、遠隔送信装置の独特のコードを学習し、受信装置／コントローラ・モジュールが関係するこのシステム、ライト、電気器具等に関連する機能を実行させる受信装置／コントローラを具えている。一実施態様においては、この遠隔制御システムは、内外の照明、家庭用器具或いは保安システムのために好適に用いられる。好ましくは複数の送信装置が設けられ、各送信装置は独特の、恒久的な、ユーザー側で変更できないコード少なくとも一つのコードを有し、二つ以上の異なる送信装置に対応して二つ以上のコードを受信して記憶する。送信装置に記憶可能なコードの数は非常に大きく、例えば１０億コード以上である。
【０１００】
受信装置は多数の送信されたコードを学習することができるデコーダ・モジュールを有し、これによって受信装置内のコードスイッチを省略して、ライトや電気器具を作動させる多数の送信装置を提供する。こうして、本発明によれば、送信装置と受信装置におけるコード選択スイッチの必要性が無くなる。
【０１０１】
図８を参照すると、受信モジュール１０１は、一つ以上の送信装置１２６と１２７から送信された無線周波数信号を受信し、その入力をデコーダ２８０に供給し、デコーダはその出力をマイクロプロセッサ・ユニット２４４に提供する。マイクロプロセッサ・ユニット２４４はリレー装置２９０又はコントローラに接続され、これは二つ以上の動作モード即ちオン、オフ、暗い等の幾つかの動作モードの一つにスイッチを入れる。スイッチ２２２が受信装置及びマイクロプロセッサ２４４に接続されたスイッチユニット２１９に装着されている。このスイッチ２２２は、「動作」及び「プログラム」位置の間を移動可能な二つの位置スイッチであって、動作及びプログラム・モードを設定する。
【０１０２】
本発明においては、送信装置１２６と１２８等の各送信装置は送信装置に含まれているトーン発生器／エンコーダ４０によって決められた少なくとも一つの独特のコードを有している。受信装置ユニット１０１は、従来技術において送信装置や受信装置のいずれかに使用されていたコードスイッチを不要にする多数の異なる送信コードを記憶することが可能である。これによって、ユーザーが送信装置と受信装置のコードスイッチを合わせる必要も無くなる。好ましくは、受信装置１０１は、マイクロプロセッサ１４４の記憶箇所１４７に受け入れ可能な量まで、多数の送信されたコード、例えば１００以上のコードを受信することが可能である。
【０１０３】
ライトや電気器具等のためのコントローラ２９０が最初に設置される場合、スイッチ２２２はプログラム・モードに動かされ、第１送信装置１２６は、この送信装置１２６に独特なコードが送信されるように励起される。このことは、アンテナ２７０を有する受信モジュール１０１に受信され、デコーダ２６０によってコード化され、マイクロプロセッサ２４４に供給される。次に送信装置１２６のコードはメモリアドレス記憶装置２４７に供給され、それに格納される。スイッチ２２２が動作モードを移動させると、送信装置１２６は励起され、ＢＪＴＱ１のベースは再び非励起状態になる。スイッチ２２２が動作モードに進められ、トランスミッタ１２６が励起されると、レシーバ２７０、デコーダ２８０およびマイクロプロセッサ２４４は、受信したコードを、メモリアドレス記憶装置２４７の第一のメモリーロケーションに格納されているトランスミッタ１２６のコードと比較する。格納されているトランスミッタ１２６のメモリアドレスは、トランスミッタ１２６の送信済みコードと一致するので、マイクロプロセッサ２４４は、ライトや電気器具用のコントローラ２９０を励起し、その結果、装置を励起するか、電源を落とすか、さもなければ作動する。
【０１０４】
第二のトランスミッタ１２８のコードを格納するために、スイッチ２２２は、再びプログラム・モードに進められ、トランスミッタ１２８は励起される。これにより、レシーバ２７０およびデコーダ２８０は受信した信号をデコード（符号化）し、該デコード済み信号をマイクロプロセッサ２４４に供給する。マイクロプロセッサ２４４は、ついで、トランスミッタ１２８のコード化された信号をメモリアドレス格納装置２４７に供給し、そこで第二のアドレス格納ロケーションに格納される。その後、スイッチ２２は、動作位置に進められ、トランスミッタ１２６および１２８のいずれかが励起されるとき、レシーバ２７０、デコーダ２８０およびマイクロプロセッサ２４４は、ライトや電気器具用のコントローラ２９０を励起し、その結果、装置を励起するか、電源を落とすか、さもなければ作動する。あるいは、第一のトランスミッタ１２６および第二のトランスミッタからの信号は、コントローラ２９０に異なる独特のアクションを行わせ得る。
【０１０５】
こうして、送信装置１２６と１２８のコードはプログラム・モードの際にメモリアドレス記憶装置２４７に送信されてそこに記憶され、その後、システム、ライト、電気器具のコントローラ２９０は送信装置１２６又は１２８のいずれか又は両方に呼応する。任意の所望の数の送信装置が、システム、ライト、電気器具をメモリアドレス記憶装置２４７の利用可能な記憶箇所において作動できるようにプログラム可能である。
【０１０６】
本発明は、従来技術のシステムが行なっていたような、二値スイッチを送信装置又は受信装置にセットする必要性を解消する。本発明は、多数の送信装置の特定のコードが受信モジュール１０１のメモリアドレス記憶装置２４７に記憶・維持されているので、コントローラが多数の異なった送信装置に呼応することも可能である。
【０１０７】
本発明の更に別の実施態様においては、各送信装置１２６又は１２８が、システム、ライト或いは電気器具を制御するための二つ以上の独特のコードを具えている。一つのコードは、マイクロプロセッサにおいて「オン」位置に対応し、もう一つのコードはマイクロプロセッサ２４４においてコントローラ２９０の「オフ」位置に対応している。別の例では、これらのコードは、音響装置の音量を上げたり下げたり、又は照明を薄暗くしたり明るくしたりするための「増」、「減」に対応している。最後に、送信装置１２６又は１２８の独特のコードは、スイッチの所望の設定に応じて、マイクロプロセッサがコントローラ２９０の「オン」、「オフ」、「増」、「減」位置として解釈する四つのコードを含んでいてもよい。別の例では、送信装置１２６或いは１２８は二つのコードのみを持っていてもよいが、マイクロプロセッサ２４４は「オン」、「オフ」信号が繰り返して押された場合には、それぞれ明るくすること及び暗くすることと解釈するようになっている。
【０１０８】
本発明のもう一つの実施態様においては、受信モジュール１０１は一回のステップで送信コードを受けるように学習させられることもできる。基本的には、受信モジュール１０１のマイクロプロセッサ２４４におけるメモリ２４７はそこにコードが記憶される「スロット」を有する。例えば、一つのスロットはメモリ２４７が受けたすべてのオンコードのためのものであり、別のスロットはすべてのオフコードのためのものであり、更に別のスロットはすべての３０％薄暗くするコードのためのものである。
【０１０９】
各送信装置１２６は特定のコードの組を有している。例えば、一つの送信装置は一つだけのコード、「トグル」コードを有する場合、送信モジュール１０１は電流の状態を逆転させるだけであることを知っており、それがオンであればオフにし、オフであればオンにする。別の例では、送信装置１２６は電気器具の複雑な制御のために多くのコードを有している。これらのコードのそれぞれは「独特」のものである。送信装置１２６はそのコードの組を、受信装置１０１がどのスロットがそれぞれのコードに対応するかが判るやり方でそのコードを送信する。また、送信装置１２６で発生可能な長い電気信号の場合、機械的に生じた電圧によってもコードの組は一回で送信可能である。バックアップとして、もしそれが真実でなければ、そして無線送信が我々が利用可能なものより更に電気的に使用される場合には、各送信装置と受信目標との間に一時的な或る種の有線接続（図示しないジャンパ）が可能である。ここに開示された実施態様は、受信装置を学習させるのに送信装置と受信装置を手動或いは機械的に相互作用させているが、例えば「学習」コードを無線送信することによって受信装置を再プログラム・モードにすることが望ましい。
【０１１０】
本発明の更に別の実施態様においては、送信装置１２６は複数の独特のコードを有し、送信装置は、マイクロプロセッサ２４４のメモリ配置スペース２４７にプログラムされているこれらのコードの中からランダムに一つを選ぶことができる。
【０１１１】
本発明の別の実施態様においては、送信装置１２６は手動で信号を出させる必要はなく、窓、ドア、安全装置やフットセンサの動き等の機械力によって容易に作動させられ、盗難警報センサーは保安システムと押し入られた部屋のライトに同時に信号を送ることもできる。同様に、送信装置１２６はその他の装置と組み合わせることもできる。例えば、送信装置１２６は車庫のドアの開閉装置内に設置され、車庫のドアが開けられた場合に家の一つ以上のライトを点けることもできる。
【０１１２】
更に、送信装置は中央システムまたはリピータと対話することができ、ここから信号は有線又は無線手段を通じてライトや電気器具に再送信される。このようにして、一つの送信装置／受信装置、又は多くの受信装置と相互作用を行なう多くの受信装置、一つ以上の受信装置と対話できる幾つかの送信装置、及び一つ以上の送信装置によって制御される幾つかの受信装置を持つことができ、システムと無線送信装置とを相互作用させる広範なシステムを提供することができる。また、送信装置と受信装置は、SMARTHOME 又はBLUETOOTH のような有線通信と対話可能な能力を持つこともできる。
【０１１３】
本発明の好適実施例においては、機械的なものから電気的なものに変換する作動手段について述べたが、本発明の範囲には、送信装置に電池を具えて送信装置に動力を付与したり補ったりするものも含まれる。例えば、再充電可能な電池を送信回路に設け、電気−機械的アクチュエータによって再充電してもよい。これらの再充電可能な電池は、送信装置の電力をバックアップする。
【０１１４】
本発明は、受信システムを、プログラム・モードの際に受信装置に記憶させることができる独特のコードを有する複数の受信装置の一つに応答するようにすることが可能である。「プログラムモード・スイッチ」２２２がプログラム位置に動かされる度に、異なる記憶領域が接続されて、新規な受信装置コードがそのアドレスに記憶される。全てのアドレス記憶容量が使用された後、新たなコードを記憶する前にすべての古いコードを消去するのに、補助のコードが使用される。
【０１１５】
本発明は、交流１２０ボルト（ヨーロッパでは交流２２０ボルト）の電線を家屋の各スイッチまで引くことを不要にする。代わりに、より高電圧の交流空中電線を電気器具やライトまで引くだけでよく、これらは自蔵動力式スイッチ装置とリレースイッチを介して作動される。本発明は、孔を開ける作業、電線を各スイッチまで或いは壁の中に引く作業に関する初期コスト並びに補修コストを節約する。本発明は、特に保存されている歴史的構造物に対して有用である。なぜならば、これらの構造物の壁を壊して再建築する必要がないからである。本発明は、コンクリートスラブを用いた構造物及び／又は漆喰構造物等のコンクリート構造物にも有用であり、これらの構造物の壁面や床に電線を引く必要がない。
【０１１６】
上記の説明には多くの例が含まれているが、これらは本発明の範囲を限定するものではなく、一つの好適実施例の例に過ぎない。例えば、多くの他の変形も可能である。
【０１１７】
圧電装置に加えて、電気作動式エレメントは磁歪型或いは強誘電型装置を具えることもできる。
【０１１８】
アクチュエータは円弧形状でなく、平坦であってなお変形可能であってもよい。
【０１１９】
複数の高変形圧電アクチュエータを互いに積層して接合してもよい。
【０１２０】
複数の圧電アクチュエータを互いに隣接して置いてもよい。
【０１２１】
大きい或いは異なる形状のサンダーエレメントを、高い衝撃を発生させるのに使用してもよい。
【０１２２】
圧電素子は可撓性張力型アクチュエータ又は直接モードの圧電アクチュエータであってもよい。
【０１２３】
次のエレメント又はスイッチプレートのフレーム部材に対する一つのエレメントの摩擦と磨耗を減らすために、アクチュエータと凹部又はスイッチプレートとの間に軸受材料を配置してもよい。
【０１２４】
アクチュエータに圧力を付与する他の手段として、単純な手による圧力の付与、ローラ、圧力プレート、トグル、ヒンジ、ノブ、スライダ、加撚機構、解放ラッチ、ばね荷重装置、フットペダル、ゲーム用コンソール、交通活動、及びシート作動型装置等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明に用いられる可撓性張力型圧電アクチュエータの構造の詳細を示す側面図である。
【図１ａ】補助のプレストレス層を有する図１の可撓性張力型圧電アクチュエータの構造の詳細を示す側面図である。
【図２】本発明の改変例に用いられる別の多層可撓性張力型圧電アクチュエータの構造の詳細を示す側面図である。
【図３】アクチュエータの中心に力を付与し、そして除去するための装置の一実施態様の側面図である。
【図４】力が加えられたアクチュエータの変形を示す図３の装置の側面図である。
【図５】急速解放装置の傾きによって力が除去されたアクチュエータの復帰を示す図３の装置の側面図である。
【図６】可撓性張力型圧電アクチュエータを変形させて電気信号を発生させる本発明の作動装置の側面図である。
【図７】可撓性張力型圧電アクチュエータの変形させて電気信号を発生させる本発明の好ましい作動装置の側面図である。
【図８】図６と７の装置によって発生した電気信号を用いる回路の構成部品を示すブロックダイアグラムである。
【図９】図８の回路の詳細な回路図である。
【図１０ａ】アクチュエータによって発生した電気信号、整流された電気信号及び調整された電気信号を示す。
【図１０ｂ】アクチュエータによって発生した電気信号、整流された電気信号及び調整された電気信号を示す。
【図１０ｃ】アクチュエータによって発生した電気信号、整流された電気信号及び調整された電気信号を示す。
【図１１】誘導子の断面を最大にする位置におけるジャンパを示す、図８の同調ループアンテナの平面図である。
【図１２】誘導子の断面を最小にする位置におけるジャンパを示す、図８の同調ループアンテナの平面図である。
【図１３】本発明の好適なデフレクタアセンブリと、アクチュエータを取り囲むケーシングの側面図である。
【図１４】スライドパドルを用いたデフレクタアセンブリの別の実施態様の側面図である。
【図１５ａ】ケーシングと、急速解放機構を用いたデフレクタアセンブリの好適実施態様を示す、図１３の線１５−１５に沿った側断面図である。
【図１５ｂ】ケーシングと、急速解放機構を用いたデフレクタアセンブリの好適実施態様を示す、図１３の線１５−１５に沿った側断面図である。
【図１５ｃ】ケーシングと、急速解放機構を用いたデフレクタアセンブリの好適実施態様を示す、図１３の線１５−１５に沿った側断面図である。
【図１６ａ】図１４の線１６−１６に沿った側断面図である。
【図１６ｂ】図１４の線１６−１６に沿った側断面図である。
【図１６ｃ】図１４の線１６−１６に沿った側断面図である。
【図１６ｄ】図１４の線１６−１６に沿った側断面図である。
【図１】
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【図１ａ】
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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１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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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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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１５ｃ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１６ｃ】
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【図１６ｄ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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