JP2005260677A - Underwater transmitter - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to an ultrasonic underwater transmitter, and more particularly to an underwater transmitter using an electrostatic microactuator.
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。)。
Several proposals have recently been made on actuators for driving micromachines. Among these, there is an electrostatic microactuator using the action of static electricity.
Such a conventional electrostatic microactuator has a plurality of fine cylindrical elastic bodies having a cylindrical moving body with an insulator disposed on the outermost peripheral surface, adjacent to each other, and a layer connected to the + electrode and a layer connected to the − electrode. This is a structure in which these are alternately stacked.
Then, when a voltage is applied to these electrodes, the layers are attracted and deformed by electrostatic attraction, and if the voltage is removed, it is restored by the elastic force of the fine cylindrical elastic body to obtain a driving force. is there. The electrostatic microactuator having such a configuration is characterized in that a larger stroke can be obtained by increasing the number of layers (see, for example, Patent Document 1).
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。
A conventional electrostatic microactuator has a plurality of fine cylindrical elastic bodies having a cylindrical conductor with an insulator disposed on the outermost peripheral surface, and these are arranged in a layer connected to a + electrode and a layer connected to a − electrode. When the voltage is applied to these electrodes, the layers are attracted and deformed by electrostatic attraction, and if the voltage is removed, it is restored by the elastic force of the fine cylindrical elastic body. It is designed to obtain a driving force, and since it has a structure that relies only on elastic force when returning from deformation, for example, at a deep water depth, a large water pressure is applied, so a sufficient restoring force can be obtained. There was no possibility. Also, the structure was not a watertight structure.
Therefore, there is a problem that such an electrostatic microactuator cannot be used as an ultrasonic transmitter in water.
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。 The underwater transmitter according to the present invention is provided with cylindrical electrodes on the inner and outer sides of a cylindrical insulating elastic body, an insulating coating layer is provided on the inner peripheral surface of the inner electrode, and the outer peripheral surface of the outer electrode is insulated. A plurality of cylindrical elastic bodies formed by providing a coating layer are arranged in parallel to form a layer, a plurality of the layers are stacked to form a multilayer, and adjacent cylindrical elastic bodies are connected to form a layered structure. All the inner electrodes of each cylindrical elastic body in the structure are connected in common, the outer electrodes of the cylindrical elastic bodies in each layer are connected in common, and the commonly connected inner electrode and every other layer are connected in common. Are connected to each other via a lead wire so that a DC voltage is applied between them and an AC voltage is connected between the commonly connected inner electrode and every other outer commonly connected electrode. Connect the terminals via the lead wires so that they are applied. The one in which a layered structure comprising a connecting portion between the lead wire and the inner and outer electrodes of the cylindrical elastic bodies is constituted covered with watertight insulating member.
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。 As described above, according to the present invention, each cylinder in a layered structure in which a plurality of cylindrical elastic bodies having a cylindrical inner electrode and an outer electrode are arranged in parallel to form a layer, and a plurality of the layers are stacked to form a multilayer. All the inner electrodes of the elastic body are connected in common, the outer electrodes of the cylindrical elastic bodies of each layer are connected in common, and a direct current is connected between the commonly connected inner electrode and every other layer's commonly connected outer electrode. Since a voltage was applied and an AC voltage was applied between the commonly connected inner electrode and the other layer commonly connected outer electrode, each cylindrical elastic body had a negative voltage of the AC voltage. A layered structure that contracts by electrostatic attraction, expands by electrostatic repulsion at an AC voltage + voltage, generates vibration and generates sound waves, and includes a connection portion between the inner electrode and outer electrode of each cylindrical elastic body and the lead wire Is covered with a watertight insulating member, There is an effect that can be used as a medium-wave transmitter.
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。
1 is a configuration diagram showing a state in which the same voltage is applied between layers of the transmitter according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a configuration diagram showing a state in which positive and negative voltages are applied between the layers of the transmitter. 3 is a cross-sectional view of the cylindrical elastic body of the transmitter, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the end of the cylindrical elastic body of the transmitter.
As shown in FIG. 3, the cylindrical
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。
For example, four cylindrical
Then, the
The
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。
As shown in FIG. 4, the connection of the
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。
The ends of the
In this way, the
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。
Next, the operation of the underwater transmitter according to the first embodiment of the present invention will be described.
When the terminal C is set to 0V and the same voltage (+ V) is applied to the terminals A and B, the cylindrical
Next, when the terminal C is set to 0 V, a positive voltage is applied to the terminal A, and a negative voltage is applied to the terminal B, the layers are attracted by electrostatic attraction, so that the
Since the
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。
Therefore, if a positive DC voltage is applied to the terminal A and an alternating voltage is applied to the B, the vibration is shrunk at a negative voltage and extended at a positive voltage. This movement drives the surrounding water, In order to generate sound waves, the
In the first embodiment, the
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。
A production example of the cylindrical
1) First, the cylindrical inner
2) Next, the
3) A thick cylindrical insulating
4) The
5) The outer insulating coating layer 6 is generated on the outer peripheral surface of the
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。
FIG. 5 is a perspective view showing a wave transmitter according to the second embodiment of the present invention.
In the figure, in the transmitter according to the second embodiment of the present invention, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description of the overlapping components is omitted.
Whereas the first embodiment of the present invention forms four layers by stacking four layers so that the
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。
The cylindrical
In the
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。
In the second embodiment, a
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。
In the said embodiment, although the insulating
Moreover, in the said embodiment, although the
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。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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。 A cylindrical elastic body formed by providing cylindrical electrodes inside and outside a cylindrical insulating elastic body, providing an insulating coating layer on the inner peripheral surface of the inner electrode, and providing an insulating coating layer on the outer peripheral surface of the outer electrode. Are arranged in parallel to form a layer, a plurality of the layers are stacked to form a multilayer, and adjacent cylindrical elastic bodies are connected to form a layered structure,
All the inner electrodes of each cylindrical elastic body in the layered structure are connected in common, and the outer electrodes of the cylindrical elastic bodies in each layer are connected in common,
Terminals are respectively connected via lead wires so that a DC voltage is applied between the commonly connected inner electrode and every other layer commonly connected outer electrode,
Terminals are respectively connected via lead wires so that an AC voltage is applied between the commonly connected inner electrode and the other outer electrode connected in common with the other layer,
A submerged wave transmitter characterized in that a layered structure including a connection portion between the inner electrode and outer electrode of each cylindrical elastic body and the lead wire is covered with a watertight insulating member.
The underwater transmitter according to claim 1 or 2, wherein the layered structure is attached to a plate-like rigid body.
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JP2004070799A JP2005260677A (en) | 2004-03-12 | 2004-03-12 | Underwater transmitter |
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