專利名稱：電活化聚合體激勵器和包含它的隔膜泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電活化聚合體激勵器，它最好用于諸如小尺寸隔膜泵的器件，還涉及包含該激勵器的隔膜泵。
背景技術：
過去，對于諸如小尺寸隔膜泵的器件，已經(jīng)提出了用諸如硅橡膠和丙烯酸材料的電活化聚合體材料薄片組成的迭片，和在迭片兩個表面上形成的一對電極層。當向電極層之間施加電壓時，迭片發(fā)生變形而使迭片厚度(垂直)方向上的尺寸減小，迭片水平方向上的尺寸增大。該現(xiàn)象稱為電活化效應。
例如，日本專利的早期公布[kokai]No.2001-263486公開了利用電活化效應的隔膜泵。即，如圖12所示，該隔膜泵包括有凹陷7P的外殼1P，用于提供在其頂表面中的泵室以及吸入和排出通路(2P、3P)；和膜片10P，用于覆蓋該凹陷。膜片10P是迭層結(jié)構，用電活化聚合體材料的薄片零件12P形成，通過諸如濺射的物理氣相淀積在薄片零件的兩個表面上形成一對電極層11P。
當向電極層11P之間施加電壓時，膜片10P的厚度方向上的尺寸減小且其水平方向上的尺寸增大。這使得由凹陷7P和膜片10P圍繞的空間——泵室的容量改變。另一方面，當除去外加電壓時，膜片10P恢復其原始形狀。因而，根據(jù)這一泵室容量改變，有可能經(jīng)吸入通路2P將諸如空氣的流體吸入泵室，然后經(jīng)排出通路3P排出泵室中的空氣。通過向電極層11P之間施加具有所要求的頻率的RF電壓，可以重復該泵操作。
然而，在利用迭層膜片10P作為膜片的情況下，難以控制泵操作期間膜片的變形。因而，從提供穩(wěn)定而可靠的泵操作的角度來看，仍有充足的改善空間。另外，由于膜片由包括電活化聚合體材料單薄片件12P的迭層膜片10P形成，所以有膜片的變形力相對小、其變形速度相對慢的問題。這些問題導致了排出量減小和隔膜泵的響應速度的降低。因此，可以說這些問題是妨礙利用電活化效應實際使用諸如小尺寸隔膜泵的器件的原因。

發(fā)明內(nèi)容
從上述問題來看，本發(fā)明涉及提供電活化聚合體激勵器，它包括利用電活化效應提高器件的響應速度和操作可靠性的性能。
即，電活化聚合體激勵器包含迭片，包括電活化聚合體材料的管狀零件、形成在管狀零件內(nèi)周表面上的第一電極和形成管狀零件外周表面上的第二電極；和電壓施加單元，用于向第一和第二電極之間加電壓以引起迭片變形。
另外，電活化聚合體激勵器的迭片最好還包括電活化聚合體材料的第二管狀零件，它放在第二電極周圍，以便管狀零件的外周表面經(jīng)過第二電極與第二管狀零件的內(nèi)周表面連接；和在第二管狀零件的外周表面上形成的第三電極；其中，電壓施加裝置單元向第一和第二電極之間以及第二和第三電極之間施加電壓以引起迭片變形。
此外，為了進一步利用電活化效應提高器件的響應速度和操作可靠性，本發(fā)明的還涉及提供一種電活化聚合體激勵器，包含通過交替放置多個不同直徑的電活化聚合體材料的環(huán)形零件和多個不同直徑的環(huán)形電極來形成迭片，以便每個環(huán)形零件位于相鄰環(huán)形電極的內(nèi)周和外周表面之間；和電壓施加裝置，用于在從迭片的最內(nèi)環(huán)形電極按順序計數(shù)環(huán)形電極的情況下向奇數(shù)環(huán)形電極和偶數(shù)環(huán)形電極之間施加電壓，從而引起迭片變形。
本發(fā)明還涉及提供一種電活化聚合體激勵器，其特征在于，下述的獨特配置，它包括利用電活化效應提高器件的響應速度和操作可靠性的性能。即，該激勵器包含
多個迭片，均為三棱鏡形，每個迭片包括一對電極和電活化聚合體零件，它們在從三角的頂點，即三棱鏡的總表面沿垂線向三角形的基底延伸的方向上交替放置，迭片整體布置成規(guī)則多邊形圖案以便三角形的頂點位于多邊形圖案的中心附近，每個迭片與相鄰迭片按所要求的距離隔開；和電壓施加裝置，用于向相對于每個迭片的電活化聚合體材料相互隔開的電極之間加電壓，從而使迭片變形。
根據(jù)所述的電活化聚合體激勵器，其中所述電活化聚合體的材料選自由硅橡膠和丙烯酸材料組成的物質(zhì)組。
根據(jù)所述的電活化聚合體激勵器，其中所述迭片整體布置成八邊形圖案。
本發(fā)明還涉及提供一種電活化聚合體激勵器，其特征在于，通過如下所述卷繞細長的迭片而形成的螺旋結(jié)構，它包括利用電活化效應提高器件的響應速度和操作可靠性的性能。即，該激勵器包含螺旋結(jié)構，通過卷繞迭片來形成，迭片包括電活化聚合體材料的拉長薄片、一對在細長薄片的相對表面上形成的第一和第二電極層以及在多個電極層之一的表面上形成的絕緣層；和電壓施加裝置，用于向多個電極層之間加電壓，從而引起螺旋結(jié)構變形。
另外，作為電活化聚合體激勵器特別優(yōu)選的應用，本發(fā)明提供了一種隔膜泵，包含上述電活化聚合體激勵器中任何一個的電活化聚合體激勵器，作為膜片驅(qū)動裝置；和柔軟材料的薄片，作為膜片，在它的表面上裝配電活化聚合體激勵器的迭片。
從下面對本發(fā)明和本發(fā)明最佳實施例的詳細描述，本發(fā)明的這些和其它目的和優(yōu)點會更清楚。


圖1A和1B是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電活化聚合體激勵器的透視和截面圖；圖2A和2B是說明施加電壓時導致的電活化聚合體激勵器變形的截面圖；圖3A和3B是利用激勵器的隔膜泵的示意性截面圖；圖4A和4B是顯示電活化聚合體激勵器的電路的透視和截面圖；
圖5是根據(jù)第一實施例的第一修改例的電活化聚合體激勵器的迭片的透視圖；圖6A和6B是顯示圖5的電活化聚合體激勵器的電路的透視和截面圖；圖7是根據(jù)第一實施例的第二修改例的電活化聚合體激勵器的迭片的透視圖；圖8是圖7的迭片的環(huán)形零件的平面圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電活化聚合體激勵器的迭片的透視圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的電活化聚合體激勵器的迭片的透視圖；圖11A到11C是顯示利用本發(fā)明的一對電活化聚合體激勵器的雙形態(tài)型膜片驅(qū)動單元的操作的示意圖；和圖12是常規(guī)隔膜泵的截面圖。
具體實施例方式
參考附圖詳細說明本發(fā)明的最佳實施例。然而，這些實施例不限制本發(fā)明的范圍。
<第一實施例>
如圖1A和1B所示，第一實施例的電活化聚合體激勵器有盤形迭片5，通過交替放置第一到第六環(huán)形零件11到16和第一到第七環(huán)形電極21到27來形成迭片5，第一到第六環(huán)形零件11到16具有不同直徑的電活化聚合體材料(如硅橡膠和丙烯酸材料)，第一到第七環(huán)形電極21到27具有不同直徑的同心圖案以便每個環(huán)形零件位于相鄰環(huán)形電極的內(nèi)周和外周表面之間。圖1A中，數(shù)字4表示作為膜片的柔軟薄片，它附著在迭片5的下表面上。
例如，可以通過在第一環(huán)形零件11的內(nèi)周表面上形成導電層來獲得第一環(huán)形電極21，可以通過在第一環(huán)形零件11的外周表面上形成導電層來獲得第二環(huán)形電極22。為了形成導電層，例如，最好使用諸如濺射的物理氣相淀積。然后，將第二環(huán)形零件12放在第二電極22周圍以便第一環(huán)形零件11的外周表面可以經(jīng)第二環(huán)形電極22與第二管狀零件12的內(nèi)周表面連接。另外，可以通過在第二環(huán)形件12B的外周表面上形成導電層來獲得第三環(huán)形電極23。根據(jù)相同方式獲得其余的環(huán)形電極(24-27)和其余的環(huán)形零件(13-16)以便獲得迭片5。本實施例中，第一環(huán)形電極21位于中心圓柱體40和第一環(huán)形零件11之間。
如圖1B所示，電活化聚合體激勵器有電壓施加單元，用于在從迭片5的最內(nèi)環(huán)形電極(即，第一環(huán)形電極21)開始奇數(shù)環(huán)形電極數(shù)的情況下向奇數(shù)環(huán)形電極和偶數(shù)環(huán)形電極之間施加電壓，從而使迭片5變形。本實施例中，第一、第三、第五和第七環(huán)形電極(21、23、25、27)與DC電源30的負極連接，第二、第四和第六環(huán)形電極(22、24、26)與DC電源30的正極連接。圖1B中，數(shù)字32表示用于向這些電極之間施加電壓的開關。
在具有上述結(jié)構的電活化聚合體激勵器中，當開關32接通時，迭片5發(fā)生變形而使迭片的半徑方向上的尺寸減小，迭片的軸向上的尺寸增大，如圖1A所示。當?shù)?被裝配在柔軟薄片4上時，柔軟薄片4可以被迭片的變形力所彎曲，如圖2A所示。然后，當開關32關閉時，迭片5恢復其原始形狀，如圖2B所示。因而，通過重復該開關操作，可以周期性地使柔軟薄片4的膜片變形。
作為實例，在圖3A和3B中說明了利用本發(fā)明電活化聚合體激勵器的隔膜泵。該隔膜泵有具有凹陷7的外殼1，用于提供在其頂表面中的泵室以及與凹陷連接的吸入通路2和排出通路3；和柔軟材料的薄片4，用于作為膜片覆蓋凹陷。電活化聚合體激勵器的迭片5被裝配在與對著凹陷7的表面相反的薄片表面上。當柔軟薄片4由金屬材料制成時，迭片經(jīng)所要求的絕緣層(未示)與薄片連接。數(shù)字50和52表示內(nèi)置在吸入和排出通路(2，3)中的單向閥。
當向激勵器施加電壓時，薄片4被迭片5的變形所彎曲從而減小了泵室的內(nèi)部容量，如圖3A所示，所以經(jīng)排出通路3從泵室排出諸如空氣的流體。然后，當除去外加電壓時，激勵器的迭片5恢復其原始形狀，如圖3B所示，所以流體經(jīng)吸入通路2進入泵室。
根據(jù)本發(fā)明的上述隔膜泵，可能在響應速度提高下提供穩(wěn)定的泵操作。即，由于常規(guī)電活化聚合體激勵器使用由電活化聚合體材料的單薄片零件和一對在薄片零件的兩個表面上形成的電極層組成的迭片作為膜片，如上所述，就難以在泵操作期間獲得恒定的膜片運動。然而，本發(fā)明中，由于具有同心布置的多個電活化聚合體材料的環(huán)形零件的迭片5被用作膜片驅(qū)動裝置，有可能在高響應速度下提供受控膜片的運動。
另外，迭片5的膨脹力和收縮力等于各個環(huán)形零件(11-16)的膨脹力和收縮力的和。因而，本實施例的激勵器比只利用單個電活化聚合體材料的薄片零件作為膜片的常規(guī)激勵器可以提供更強大的抽吸動作。此外，另一個優(yōu)點是可以響應加到激勵器的電壓的大小精確地控制膜片的變形量。
本發(fā)明的激勵器中，電活化聚合體材料的環(huán)形零件數(shù)量不受限制。然而，當利用激勵器作為用于隔膜泵的膜片驅(qū)動裝置時，建議選擇數(shù)量在3到10范圍內(nèi)的環(huán)形件以得到具有穩(wěn)定性的高抽吸性能。當環(huán)形零件的數(shù)量大于10時，激勵器的尺寸對于小尺寸器件就太大了。另外，會增高激勵器的生產(chǎn)成本。
作為實例，本發(fā)明的電活化聚合體激勵器的迭片可以用下面的方法制造。首先，交替放置多個具有不同直徑的電活化聚合體材料的管狀件和多個具有不同直徑的管狀電極，以便獲得具有多個同心層的緊密的圓柱體。可以用諸如濺射的PVD方法通過在各個環(huán)形零件的外和/或內(nèi)周表面上形成導電膜來獲得每個管狀電極。然后，以垂直于其軸向的方向切割(或切片)緊密的圓柱體，獲得具有預期軸向長度的盤形迭片。根據(jù)該方法，可能有效地制造用于本發(fā)明電活化聚合體激勵器的迭片。
用這種方式，如圖1A所示，本實施例的電活化聚合體激勵器的第一到第六環(huán)形件(11-16)具有相同的壁厚。這種情況下，根據(jù)下面的方式，最好向與DC電源正極連接的奇數(shù)環(huán)形電極(21、23、25、27)和與負極連接的偶數(shù)環(huán)形電極(22、24、26)之間施加多個不同的電壓(V1，V2，V3，V4)。
即，加到被第一環(huán)形零件11隔開的第一和第二環(huán)形電極(21，22)之間的電壓(V1)值小于加到被第二環(huán)形件12隔開的第二和第三環(huán)形電極(22，23)的電壓(V2)值。類似地，加到被第二環(huán)形件12隔開的第二和第三環(huán)形電極(22，23)之間的電壓(V2)值小于加到被第三環(huán)形零件13隔開的第三和第四環(huán)形電極(23，24)的電壓(V3)值。加到環(huán)形電極之間的各個電壓的大小被確定成使每個環(huán)形零件的軸向膨脹量基本等于相鄰環(huán)形件的軸向膨脹量。結(jié)果，可能實現(xiàn)迭片軸向上的均勻拉長。
如上所述，在向迭片的奇數(shù)環(huán)形電極和偶數(shù)環(huán)形電極之間加不同電壓的情況下，最好形成如圖4A和4B所示的電路。即，在迭片5的頂表面上的偶數(shù)環(huán)形電極(22，24，26)的露出端形成第一絕緣層(62，64，66)，在迭片的下表面上的奇數(shù)環(huán)形電極(21，23，25，27)的露出端上形成第二絕緣層(61，63，65，67)。
然后，在迭片5的頂表面上形成多個第一導電層(71，72，73，74)，以便用絕緣層(例如64)將每個第一導電層(例如72)與相鄰第一導電層(例如73)分開。結(jié)果，每個第一導電層(71-74)與迭片5的露出端上的奇數(shù)環(huán)形電極(21，23，25，27)連接。另一方面，在迭片5的整個表面上形成單個第二導電層80，以便偶數(shù)環(huán)形電極(22，24，26)的露出端用第二導電層相互電連接。第二導電層80被用作接地電極。為了向第一導電層(71-74)和接地電極80之間施加所要求的電壓(V1，V2，V3，V4)，可以使用多個DC電源(未示)?；蛘?，可以使用Schekel電路。這種情況下，用單個電源可以獲得多個電壓。
下面，說明本實施例的電活化聚合體激勵器的修改型。
作為第一修改例，如圖5所示，最好將電活化聚合體激勵器的迭片形成為使第一到第四環(huán)形零件(11，12，13，14)的壁厚(T1，T2，T3，T4)滿足條件T1＞T2＞T3＞T4。即，每個第一到第六環(huán)形零件的壁厚被確定為當向與DC電源30正極連接的奇數(shù)環(huán)形電極和與負極連接的偶數(shù)環(huán)形電極之間只施加恒定電壓時，每個環(huán)形零件的軸向膨脹量基本等于相鄰環(huán)形零件的軸向膨脹量。結(jié)果，可能實現(xiàn)迭片軸向的均勻拉長。
當向迭片5的奇數(shù)環(huán)形電極(21，23，25)和偶數(shù)環(huán)形電極(22，24)之間施加恒定電壓時，最好形成如圖6A和6B所示的電路。即，在迭片的頂表面上的奇數(shù)環(huán)形電極(21，23，25)的露出端上形成第一絕緣層(61，63，65)，在迭片5的下表面的偶數(shù)環(huán)形電極(22，24)的露出端上形成第二絕緣層(62，64)。
然后，在迭片5的整個頂表面上形成第一導電層70，以便迭片的頂表面上的偶數(shù)環(huán)形電極(22，24)的露出端用第一導電層相互電連接。類似地，在迭片5的整個下表面上形成第二導電層80，以便奇數(shù)環(huán)形電極(21，23，25)的露出端用第二導電層相互電連接。最后，DC電源30被經(jīng)開關32連接在第一和第二導電層(70，80)之間。
作為第二修改例，如圖7和8所示，以中空圓柱形形成每個第一到第五環(huán)形零件(21-25)，以便內(nèi)圈C2的中心P2離開外圈C1的中心P1。當向該迭片5加電壓時，迭片發(fā)生變形，使迭片的半徑方向上的尺寸減小而迭片軸向上的尺寸增大。這種情況下，迭片的R2側(cè)半徑方向上的收縮量大于迭片R1側(cè)的收縮量。換句話說，迭片的R2側(cè)的軸向上的拉長大于迭片的R1側(cè)的拉長，所以迭片5彎曲，如圖7中箭頭所示。
另外，作為第三修改例，電活化聚合體激勵器的環(huán)形零件可以形成為類似橢圓環(huán)，并被放置成使這些環(huán)形零件的中軸相互一致，每個環(huán)形零件被放在相鄰環(huán)形電極之間。
<第二實施例>
如圖9所示，根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電活化聚合體激勵器具有多個迭片5A的配置，每個迭片5A為三棱鏡形。每個迭片5A包括多個電極20A和電活化聚合體材料10A，它們從三角頂點P，即三棱鏡的總表面沿垂線向三角基底S延伸的方向上交替放置。本實施例中，迭片數(shù)為8。
這些迭片5A整體布置成八邊形圖案，以便三角的頂點P位于八邊形圖案的中心附近，且每個迭片5A與相鄰迭片按所要求的距離d隔開。該激勵器也有電壓施加單元(未示)，用于向每個迭片的電極20A之間施加電壓，從而使迭片變形。通過向所有迭片同時施加電壓，附著到迭片5A的配置上的膜片4可以如在第一實施例中那樣被彎曲，如圖9中箭頭所示。
<第三實施例>
如圖10所示，第三實施例的電活化聚合體激勵器具有螺旋結(jié)構5B，通過卷繞迭片來形成螺旋結(jié)構5B，迭片包括諸如硅橡膠和丙烯酸材料的電活化聚合體材料的細長薄片10B、一對在細長薄片的兩個表面上形成的電極層(21B，22B)以及在電極層22B上形成的絕緣層60B。絕緣層60B防止螺旋結(jié)構中的電極層(21B，22B)之間短路。
該激勵器也有電壓施加單元，用于向電極層之間施加電壓，使螺旋結(jié)構5B中變形。通過向螺旋結(jié)構5B的電極層(21B，22B)之間施加電壓，附著到螺旋結(jié)構5B的膜片4B可以如第一實施例中的情況那樣被彎曲，如圖10中箭頭所示。
上述第一到第三實施例中，介紹了單形態(tài)型膜片驅(qū)動單元，其特征在于，在膜片4的一個表面上裝配本發(fā)明的電活化聚合體激勵器的單個迭片5。然而，如圖11A到11C所示，也可以使用雙形態(tài)型膜片驅(qū)動單元，其特征在于，在膜片4的兩個表面上裝配本發(fā)明的電活化聚合體激勵器的一對迭片5。這種情況下，通過只向上激勵器的迭片5施加電壓，可以彎曲膜片4，如圖11A所示。另外，通過只向下激勵器的迭片5施加電壓，可以彎曲膜片4，如圖11C所示。因而，雙形態(tài)型膜片驅(qū)動單元可以提供增大了的膜片運動范圍。
權利要求
1.一種電活化聚合體激勵器，包含多個均為三棱鏡形的迭片，每個所述迭片包括一對電極和電活化聚合體零件，它們從三角頂點，即所述三棱鏡的總表面沿垂線向所述三角基底延伸的方向上交替放置，所述迭片被整個布置為多邊形圖案，以便所述三角頂點位于所述多邊形圖案的中心附近，每個所述迭片與相鄰迭片按所要求的距離隔開；和電壓施加裝置，用于向相對于每個所述迭片的所述電活化聚合體材料相互隔開的所述電極之間施加電壓，從而引起所述迭片中變形。
2.如權利要求1所述的電活化聚合體激勵器，其中所述電活化聚合體的材料選自由硅橡膠和丙烯酸材料組成的物質(zhì)組。
3.如權利要求1所述的電活化聚合體激勵器，其中所述迭片整體布置成八邊形圖案。
4.一種隔膜泵，包含權利要求1至3中任一權利要求所述的電活化聚合體激勵器，作為膜片驅(qū)動裝置；和柔軟材料的薄片，作為膜片，在膜片的表面上裝配以電活化聚合體激勵器的所述多邊形圖案布置的所述迭片。
全文摘要
一種電活化聚合體激勵器，它具有利用電活化效應提高器件的響應速度和操作可靠性的性能，包含多個均為三棱鏡形的迭片，每個所述迭片包括一對電極和電活化聚合體零件，它們從三角頂點，即所述三棱鏡的總表面沿垂線向所述三角基底延伸的方向上交替放置，所述迭片被整個布置為多邊形圖案，以便所述三角頂點位于所述多邊形圖案的中心附近，每個所述迭片與相鄰迭片按所要求的距離隔開；和電壓施加裝置，用于向相對于每個所述迭片的所述電活化聚合體材料相互隔開的所述電極之間施加電壓，從而引起所述迭片中變形。該激勵器最好被用作隔膜泵的膜片驅(qū)動單元。
文檔編號H01L41/09GK1901351SQ20061010869
公開日2007年1月24日 申請日期2002年11月18日 優(yōu)先權日2001年12月25日
發(fā)明者浦野洋二, 北原治倫 申請人:松下電工株式會社