200052. lajstromszámú szabadalom • Elektromechanikai átalakító
1 HU 200052 B A találmány tárgya elektromechanikai átalakító elektromos jel mechanikai mozgássá, vagy mechanikai mozgás elektromos jellé alakítására. Az elektromechanikai átalakítók fontos szerepet játszanak mindennapi életünkben. Segítségükkel elektromos jelek által vezérelt mechanikai elmozdulást, rezgést hozhatunk létre. Legközismertebb képviselőjük a hangszóró, melyben az elektromos jel membrán periodikus elmozdulását váltja ki, s így a környező levegőt rezgésbe hozva hangot kelt. Elektromechanikai átalakítókat használnak ezen kívül ultrahang keltésére, különböző rezgésdiagnosztikai vizsgálatok során a mechanikai rezgések létrehozására, stb. A jelenleg használatos elektromechanikai átalakítók nagyrészt elektromágneses vagy piezoelektromos elven működnek. Az előbbi esetében állandó mágnes vagy elektromágnes mágneses terében elhelyezett tekercsen folytatják át a vezérlő elektromos áramot, a mechanikai elmozdulást a mágneses terek kölcsönhatása váltja ki (pl. lengótekercses hangszóró). Az utóbbi esetbe piezoelektromos kristályból vagy kerámiából hasábot vágnak ki, ennek átellenes lapjaira felvitt vezető elektródákra kapcsolják a vezérlő elektromos feszültséget, ami a szilárd testben rugalmas deformációt (összehúzódást, kitágulást, nyírást), azaz mechanikai elmozdulást hoz létre (pl. piezoelektromos zümmögő). Ismeretesek ferroelektromos folyadékkristályok, [R. B. Meyer, L. Liébert, L. Strzelecki and P. Keller: Ferroelectric Liquid Crystals, Le Journal de Physique-Lettres 36, L-69 (1975); J. S. Patel, T. M. Leslie and J. W. Goodby: A Reliable Method of Alignment for Smectic Liquid Crystals, Ferroelectrics 59, 137 (1984)1, amelyek pálcika alakú, nem-tükörszimmetrikus (királis) molekulákat tartalmazó szerves anyagok. Meghatározott, az anyagra jellemző hőmérséklettartományban a molekulák párhuzamos rétegekbe, ún. szmektikus síkokba rendeződnek. Egy-egy rétegen belül a molekulák azonos irányba mutatnak, de a tükörszimmetria hiánya miatt a szomszédos rétegekben a közös irány a rétegnorraálissal bezárt szög változatlanul hagyása mellett egymáshoz képest kissé elfordul, és így csavart szerkezetet eredményez. Az egyes rétegeken belül a molekulára merőleges irányban spontán polarizáció jelenik meg, ez magyarázza az ilyen csavart szmektikus szerkezeté folyadékkristályok ferroelektromos tulajdonságait. Ha ezen anyagokat a rétegnormálisra merőleges irányú elektromos térbe helyezik, az egyes rétegek spontán polarizációi a térrel párhuzamos irányba rendeződnek, a csavart szerkezet eltűnik. Célunk a találmánnyal új elven működő elektromechanikai átalakító létrehozása ferroelektromos folyadékkristályok segítségével. A találmány alapja az a felismerés, hogy az elektromos térbe helyezett ferroelektromos folyadékkristályok már említett átrendeződését a rétegekkel párhuzamos, de az elektromos térre merőleges irányú áramlás kíséri, kíséri. A találmány szerinti elektromechanikai átalakító csatlakozókkal ellátott két párhuzamos sík elektródával rendelkezik. Az elektródákat határoló lapokra felvitt elektromosan vezető réteg, vagy elektromosan vezető anyagból készült határoló lapok képezik. A határoló lapokat egymástól állandó távolságban, párhuzamos helyzetben, de egymáshoz képest oldalirányban elmozdíthatóan ázigeteló anyagból készült távtartók tartják. Az elektródák közötti tér plenárisan rendezett ferroelektromos folyadékkristállyal van kitöltve, amelynek szmektikus síkja merőlegesek az elektródák síkjára. Előnyösen a határoló lapok közül az egyik egy membrán peremével, a másik pedig a membrán közepével vaui merev mechanikai összeköttetésben. A továbbiakban a találmány szerinti elektromechanikai átalakító egy példakénti kiviteli alakját ismertetjük az 1. ábra alapján, amelyen az átalakító felépítése látható. Az átalakító a 3 távtartókkal elválasztott 1, 6 határoló lapokon kialakított 2, 5 elektródák között tartalmazza a ferroelektromos 4 folyadékkristályt. Az 1, 6 határoló lapok külső felülete teszi lehetővé az átalakító csatlakozását a környezetéhez (pl. egy mozgatható tömeghez). Az 1, 6 határoló lapok belső, sik felülete hordozza a 2, 5 elektródákat. Ha az 1, 6 határoló lapok fémből készülnek, egyben a 2, 5 elektródák feladatát is ellátják. Ha az 1, 6 határoló lapok szigetelők (üveg, műanyag, kerámia, stb.) a 2, 5 elektródákat gőzöléssel, porlasztással, kémiai vagy más eljárással felvitt elektromosan vezető rétegből kell kialakítani. A szigetelő 3 távtartók (műanyag fólia, üvegszál, üvegpor, gőzölt vagy szitanyomással felvitt réteg, stb.) lehetővé teszik az 1, 6 határoló lapok egymáshoz képesti oldalirányú .elcsúszását, miközben a lapokat párhuzamosan tartják és biztosítják a 4 folyadékkristály állandó rétegvastagságát. Olyan egy- vagy többkomponensű folyadékkristályt kell használni, amely az átalakító üzemi hőmérséklet-tartományban ferroelektromos, csavart szmektikus szerkezettel rendelkezik. A 2, 5 elektródák közé töltött 4 folyadékkristályból nyírással, előzetes felületkezeléssel vagy más módon ún. plenárisan rendezett rétegen állítunk elő (pl. a HU 197 105 sz. magyar szabadalom szerint), melynek jellemzője, hogy a szmektikus síkok mindenhol merőlegesek a 2, 5 elektródák síkjára. Az átalakító rezgéskeltóként történő működtetése a 2, 5 elektródák közé kapcsolt váltakozó elektromos feszültséggel történik. E feszültség a 4 folyadékkristályban a 2, 5 elektródákra, valamint a szmektikus síkok normálisra egyaránt merőleges, periodikusan változó elektomcs teret hoz létre, ami egy-2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
