JP2003506858A - 電気活性ポリマ - Google Patents

電気活性ポリマ

Info

Publication number
JP2003506858A
JP2003506858A JP2001510928A JP2001510928A JP2003506858A JP 2003506858 A JP2003506858 A JP 2003506858A JP 2001510928 A JP2001510928 A JP 2001510928A JP 2001510928 A JP2001510928 A JP 2001510928A JP 2003506858 A JP2003506858 A JP 2003506858A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polymer
actuator
electrode
transducer
electrodes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2001510928A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5512063B2 (ja
Inventor
ペルライン・ロナルド・イー．
コーンブルー・ロイ・ディ．
ペイ・キビング
オー・シージン
ジョゼフ・ホゼ・ピー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SRI International Inc
Original Assignee
SRI International Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SRI International Inc filed Critical SRI International Inc
Publication of JP2003506858A publication Critical patent/JP2003506858A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5512063B2 publication Critical patent/JP5512063B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
    • H10N30/886—Additional mechanical prestressing means, e.g. springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
    • F04B35/045—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric using solenoids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04—Pumps having electric drive
    • F04B43/043—Micropumps
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/021—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using intermittent driving, e.g. step motors, piezoleg motors
    • H02N2/023—Inchworm motors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/09—Forming piezoelectric or electrostrictive materials
    • H10N30/098—Forming organic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2041—Beam type
    • H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2047—Membrane type
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/206—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using only longitudinal or thickness displacement, e.g. d33 or d31 type devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/857—Macromolecular compositions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • F02G2243/30—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders
    • F02G2243/50—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders having resonance tubes
    • F02G2243/52—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders having resonance tubes acoustic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F05C2225/08—Thermoplastics
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • H04R19/02—Loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R23/00—Transducers other than those covered by groups H04R9/00 - H04R21/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Polyesters Or Polycarbonates (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 本発明は、電気エネルギから機械エネルギへの変換を改善するようにプリストレインされた電気活性ポリマに関する。プリストレインドポリマは、それに接している電極に電圧が印加されると変形する。この変形は、機械的作用を行うために使用して良い。プリストレインは、電気活性ポリマの機械的反応を改善させる。本発明は、さらに、電気活性ポリマと、ポリマの変形を機械的作用へ変換するための機械的結合と、を備えたアクチュエータに関する。本発明は、さらに、ポリマの形状に適合する適合性の電極に関する。本発明は、１つまたはそれ以上の電気活性ポリマを含んだ電気機械デバイスを製造するための方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、電気エネルギから機械エネルギへ変換を行う電気活性ポリ
マに関する。本発明は、特に、プリストレインドポリマならびに、アクチュエー
タおよび各種用途においてこれらのポリマを使用することに関する。本発明は、
さらに、電気活性ポリマと電気的に通信するために用いられる適合性電極と、プ
リストレインドポリマの製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気エネルギから機械エネルギへの変換は、多くの用途において望まれている
。電気エネルギから機械エネルギへの変換を必要とする代表的な用途としては、
ロボット、ポンプ、スピーカ、一般オートメーション、ディスクドライブ、そし
て人工器官等が挙げられる。これらの用途には、マクロまたはミクロのレベルで
電気エネルギを機械的作用に変換するアクチュエータが、１つまたはそれ以上含
まれる。また、電磁モータやソレノイドなどの一般的な電気アクチュエータ技術
は、例えば小サイズのデバイスを必要とする多くの用途（例えばミクロマシンや
中規模マシンなど）において不適切である。これらの技術は、１つの構造内に多
数のデバイスを組み込まなければならない場合や、比較的低周波数の高出力密度
を必要とするような様々な性能条件のもとにおいても、やはり理想的ではない。
【０００３】 多くの「スマート材料」が、電気エネルギと機械エネルギとの間の変換に使用
されてきたが、限られたレベルの成功しか得られなかった。これらのスマート材
料としては、圧電磁器、形状記憶合金、そして磁わい材料などが挙げられる。し
かしながら、これらのスマート材料にはそれぞれ限界があるので、広く一般的に
使用することができない。電磁エネルギを機械エネルギに変換するためには、ジ
ルコン酸チタン酸塩（ＰＺＴ）などの特定の圧電磁器が使用されてきた。このよ
うな圧電磁器は、幾つかの用途において適切な効率を達成しえるものの、これは
、一般にひずみが１．６％未満の場合に限られており、必要なひずみが１．６％
を超える用途では不適切である場合が多い。また、これらの材料は高密度である
ため、低重量が求められる用途では使用できないことが多い。照射ポリジフロロ
ビニリデン（ＰＶＤＦ）は、電気エネルギから機械エネルギへの変換に必要なひ
ずみが４％以下であるとされる電気活性ポリマである。圧電磁器と同様で、ＰＶ
ＤＦも、４％より大きいひずみを必要とする用途では不適切であることが多い。
ニチノールなどの形状記憶合金は、ひずみや力の出力が大きい場合にも対応する
ことができる。しかしながら、これらの形状記憶合金は、エネルギ効率や応答時
間に問題があって高コストであるため、広く一般に使用することができない。
【０００４】 圧電磁器および照射ＰＶＤＦは、性能限界を有するだけでなく、その製造でも
問題を生じる場合が多い。単結晶の圧電磁器は、高温で成長させた後に非常にゆ
っくりと冷却しなければならない。照射ＰＶＤＦの場合は、電子ビームを照射し
なければならない。これらの処理は、いずれも高価で複雑であるので、これらの
材料の受容性には限界がある。
【０００５】 以上から、電気エネルギから機械エネルギへの変換を行うための代替のデバイ
スが望まれていることがわかる。
【０００６】
【発明の概要】
本発明の一態様は、電気エネルギと機械エネルギとの変換を改善するようにプ
リストレインされたポリマに関する。プリストレインド（予めひずみを加えられ
た）ポリマは、それに接している電極に電圧が印加されると変形する。この変形
は、機械的作用を行うために使用して良い。このプリストレインによって、電気
活性ポリマの機械応答を、プリストレインされていないポリマのそれに比べて改
善することができる。ポリマの方向ごとにプリストレインの量を変化させること
によって、印加電圧に対するポリマの応答を変化させても良い。
【０００７】 別の態様では、本発明は、電気活性ポリマと、ポリマの変形を機械的出力へ変
換するための機械的結合と、を備えたアクチュエータに関する。いくつかのアク
チュエータには、電気活性ポリマの性能を改善させる機械的結合が含まれている
。
【０００８】 本発明のさらに別の態様は、ポリマの形状変化に適合した適合電極に関する。
多くの電極が、本発明によるプリストレインドポリマにおいて大きいひずみを生
じた際にも電気通信を維持することができる。幾つかの実施形態では、電極の適
合性が方向によって異なる場合がある。
【０００９】 本発明の別の態様は、１つまたはそれ以上の電気活性ポリマを備える電気機械
デバイスを製造するための方法を提供する。ポリマは、例えば、ポリマを機械的
に伸張させ、それと同時に１つまたはそれ以上の固形部材に固定するなどの、多
くの技術を使用してプリストレインすることができる。本発明によるポリマは、
鋳造、浸漬、スピンコート、噴霧、または薄膜ポリマを製造するための他の既知
のプロセスによって製造して良い。一実施形態では、プリストレインドポリマは
、製造時にプリストレインされる市販のポリマを含む。
【００１０】 本発明の別の態様は、電気エネルギを機械エネルギに変換するためのトランス
デューサに関する。トランスデューサは、少なくとも２つの電極と、電場の変化
に応じて一部分が変形するように構成されたポリマと、を備える。ポリマは、弾
性的にプリストレインされている。
【００１１】 本発明の別の態様は、電気エネルギを機械エネルギに変換するためのトランス
デューサに関する。トランスデューサは、少なくとも２つの電極と、少なくとも
２つの電極によって供給される電場の変化に応じて一部分が変形するように構成
されたポリマと、を備える。ポリマの一部は、電場の変化に応じて、約５０％〜
約２１５％の間の最大線ひずみで変形する。
【００１２】 本発明のさらに別の一態様は、電気エネルギを第１の方向への変位に変換する
ためのアクチュエータに関する。アクチュエータは、少なくとも１つのトランス
デューサを備える。各トランスデューサは、少なくとも２つの電極と、電場の変
化に応じて一部分が変形するように構成されたポリマと、を備える。アクチュエ
ータは、さらに、少なくとも１つのトランスデューサに接続された可撓性フレー
ムを備える。そのフレームは、第１の方向への変位を改善するための機械的な補
佐となる。
【００１３】 本発明の別の一態様は、電気エネルギを機械エネルギへ変換するためのアクチ
ュエータに関する。アクチュエータは、固定端と自由端とを有する可撓性部材を
備え、可撓性部材は、少なくとも２つの電極と、少なくとも２つの電極によって
供給される電場の変化に応じて一部分が変形するように構成されたプリストレイ
ンドポリマとを備える。
【００１４】 本発明の別の一態様は、電気エネルギを第１の方向への変位に変換するための
アクチュエータに関する。アクチュエータは、少なくとも１つのトランスデュー
サを備える。各トランスデューサは、少なくとも２つの電極と、電場の変化に応
じて一部分が変形するように構成されたポリマと、を備える。アクチュエータは
、また、少なくとも１つのトランスデューサに結合された少なくとも１つの剛性
部材を備え、この少なくとも１つの剛性部材は、第２の方向への変位を実質的に
阻止する。
【００１５】 本発明のさらに別の一態様は、電気エネルギを機械エネルギへ変換するための
ダイヤフラムアクチュエータに関する。アクチュエータは、少なくとも１つのト
ランスデューサを備える。各トランスデューサは、少なくとも２つの電極と、電
場の変化に応じて第１の部分が変形するように構成されたプリストレインドポリ
マと、を備える。また、アクチュエータは、ポリマの第２の部分に取り付けられ
、少なくとも１つの円形の穴を有したフレームを備え、第１の部分は、電場の変
化に応じて少なくとも１つの円形の穴の面から変形する。
【００１６】 別の態様では、本発明は、電気エネルギを機械エネルギに変換するためのアク
チュエータに関し、アクチュエータは、第１のボディ部分と第２のボディ部分と
の間の自由度が少なくとも１であるボディを備え、ボディは、第１の部分と第２
の部分とに取り付けられた少なくとも１つのトランスデューサを備え、各トラン
スデューサは、電場の変化に応じてポリマの一部が変形するように構成された少
なくとも２つの電極およびプリストレインドポリマを備え、アクチュエータは、
さらに、第１のボディ部分に取り付けられた第１のクランプと第２のボディ部分
に取り付けられた第２のクランプを備える。
【００１７】 さらに別の態様では、本発明は、電気エネルギを機械エネルギに変換するため
のアクチュエータに関し、アクチュエータは、トランスデューサを備え、トラン
スデューサは、電場の変化に応じてポリマの第１の部分が変形するように構成さ
れたポリマと、ポリマの第２の部分を作動するよう構成された第１の電極対と、
ポリマの第３の部分を作動するよう構成された第２の電極対とを備え、アクチュ
エータは、さらに、ポリマの第１の部分に結合された出力部を備える。
【００１８】 本発明の別の態様は、電気活性ポリマと共に使用する電極に関する。電極は、
電気活性ポリマとの接触部に適合性の部分を備え、適合性の部分は、少なくとも
約５０％のひずみと共に変形する能力がある。
【００１９】 本発明の別の一形態は、プリストレインドポリマを含むトランスデューサの製
造する方法に関する。その方法は、電気活性ポリマをプリストレインして、プリ
ストレインドポリマを形成する工程を含む。方法は、また、プリストレインドポ
リマの一部分を固形部材に固定する工程を備える。方法は、さらに、プリストレ
インドポリマの上に１つまたはそれ以上の電極を形成する工程を備える。
【００２０】 本発明のさらに別の一形態は、複数のプリストレインドポリマを含むトランス
デューサを製造する方法に関する。その方法は、第１のポリマをプリストレイン
して、第１のプリストレインドポリマを形成する工程を含む。方法は、さらに、
第１のプリストレインドポリマの上に１つまたはそれ以上の電極を形成する工程
を備える。その方法は、さらに、第２のポリマをプリストレインして、第２のプ
リストレインドポリマを形成する工程を含む。方法は、さらに、第２のプリスト
レインドポリマの上に１つまたはそれ以上の電極を形成する工程を備える。その
方法は、さらに、第２のプリストレインドポリマに第１のプリストレインドポリ
マを結合する工程を含む。
【００２１】 添付の図面に関連して行う以下の説明から、本発明のさらなる特徴および利点
が明らかになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下では、添付の図面に示された好ましい幾つかの実施形態を参照にしながら
、本発明の詳しい説明を行う。以下の説明では、本発明の完全な理解を促すため
に、多くの詳細が具体的に示されている。しかしながら、本発明がこれらの具体
的な詳細の一部または全てがなくても実現できることは、当業者にとって明らか
である。また、本発明を不必要に不明瞭化しないように、周知のプロセス工程お
よび／または構造の説明は省略してある。
【００２３】 １．概要 電気活性ポリマは、電気エネルギによって作動されると変形を生じる。一実施
形態において、電気活性ポリマは、２つの電極間の絶縁誘電体として作用し且つ
２つの電極間に電圧差を加えると変形するようなポリマを指す。本発明の一態様
は、電気エネルギと機械エネルギとの間の変換を改善するようにプリストレイン
されたポリマに関する。このプリストレインによって、電気活性ポリマの機械応
答が、プリストレインされていない電気活性ポリマのそれに比べて改善される。
機械応答の改善によって、例えば変形や作動圧力などの、より大きな機械的作用
を電気活性ポリマに加えることが可能になる。例えば、本発明によるプリストレ
インドポリマには、少なくとも約２００％の線ひずみと、少なくとも約３００％
の面ひずみと、を加えることが可能である。このプリストレインは、ポリマの方
向によって大きさが異なる。プリストレインの方向による可変性、ポリマを制約
する様々な方法、電気活性ポリマのミクロおよびマクロのレベルへの拡張性、そ
してポリマの様々な指向方向を組み合わせる（例えば個々のポリマ層を巻いたり
積層させたりする）ことによって、電気エネルギを機械的作用に変換させる様々
なアクチュエータを実現することが可能になる。このようなアクチュエータは、
広い用途において使用することができる。
【００２４】 本発明による電気活性ポリマは、少なくとも約２００％の線ひずみで変形し得
るので、ポリマに取り付けられた電極も、機械的性能または電気的性能に支障を
生じることなく変形する必要がある。これに対応し、本発明の別の一態様は、電
気活性ポリマの形状に適合された適合電極に関する。これらの電極は、本発明に
よるプリストレインドポリマのように大きく変形した場合であっても電気通信を
維持することができる。例えば、本発明による電極に関しては、少なくとも約５
０％のひずみが一般的である。幾つかの実施形態では、電極の適合性が方向によ
って異なる場合もある。
【００２５】 プリストレインドポリマは、様々なアクチュエータおよび多様な用途において
ミクロおよびマクロの両スケールで使用するのに適しているので、本発明におい
て使用される製造プロセスも実に多様である。本発明の別の一形態は、１つまた
はそれ以上のプリストレインドポリマを含んだ電気機械デバイスを製造するため
の方法を提供する。ポリマは、例えば、電気活性ポリマを機械的に伸張させ、そ
れと同時に１つまたはそれ以上の固形部材に固定するなどの、多くの技術を使用
してプリストレインすることができる。
【００２６】 ２．デバイスの一般構造 図１Ａおよび図１Ｂは、トランスデューサ１００を、本発明の一実施形態にし
たがって示した上面図である。トランスデューサ１００は、電気エネルギと機械
エネルギとの間の変換を行うためのポリマ１０２を備える。電気活性ポリマ１０
２の上面および下面には、トップ電極１０４およびボトム電極１０６がそれぞれ
取り付けられており、ポリマ１０２の一部分に電圧差を提供する。ポリマ１０２
は、トップ電極１０４およびボトム電極１０６によって提供される電場の変化に
よって変形する。電極１０４，１０６によって提供される電場の変化に応じたト
ランスデューサ１００の変形は、作動と称される。ポリマ１０２のサイズが変化
するのにともなって、この変形を使用して機械的作用を生じることができる。
【００２７】 図１Ｂは、電場の変化に応じて変形したトランスデューサ１００の上面図であ
る。一般に、変形とは、あらゆる変位、膨張、収縮、捩れ、線もしくは面ひずみ
、またはポリマ１０２の一部分に生じる他のあらゆる変形を指す。電極１０４，
１０６によって生じた電圧差に対応する電場の変化は、プリストレインドポリマ
１０２内に機械的圧力を生じる。この場合は、電極１０４，１０６によって生じ
た異なる電荷が互いに引き合うことによって、電極１０４，１０６間で圧縮力を
生じ、ポリマ１０２上で２次元方向１０８，１１０への膨張力を生じるので、ポ
リマ１０２は、電極１０４，１０６間で圧縮され、２次元方向１０８，１１０に
伸張される。
【００２８】 電極１０４，１０６は、ポリマ１０２の全面積ではなく一部分のみを覆ってい
る場合もある。これは、ポリマ１０２の周囲で電気的な破壊が生じるのを防ぐこ
と、またはポリマの特定部分のみを特別に変形させることを目的とする。ここで
、アクティブ領域とは、ポリマ材料１０２のうち、変形を生じるのに十分な静電
力を有した部分として定義される。以下で説明するように、本発明によるポリマ
は複数のアクティブ領域を有して良い。アクティブ領域の外側のポリマ材料１０
２は、変形が生じる際に、そのアクティブ領域に対して外から働くスプリング力
として作用して良い。より詳しく言うと、アクティブ領域の外側の材料は、その
収縮または膨張によってアクティブ領域の変形に抵抗して良い。電圧差の排除お
よびそれによって誘導される電荷は、逆の効果をもたらす。
【００２９】 電極１０４，１０６は適合性があり、ポリマ１０２とともに形状を変化させる
。ポリマ１０２および電極１０４，１０６は、変形に対するポリマ１０２の応答
を増大させるように構成される。より詳しく言うと、トランスデューサ１００が
変形すると、ポリマ１０２の圧縮によって電極１０４，１０６内の相対する電荷
が近づけられ、ポリマ１０２の伸張によって各電極内の同じ電荷が引き離される
。一実施形態において、電極１０４，１０６の一方は接地されている。
【００３０】 一般に、トランスデューサ１００は、変形を生じる静電力が機械的な力によっ
て相殺されるまで変形を続ける。機械的な力としては、ポリマ１０２材料の弾性
復元力や、電極１０４，１０６の適合性や、トランスデューサ１００に結合され
たデバイスおよび／または負荷によって提供される外部からの抵抗などが挙げら
れる。電圧印加の結果として生じるトランスデューサ１００の変形は、また、ポ
リマ１０２の誘電率やポリマ１０２のサイズなどの、他の幾つかの要因にも依存
し得る。
【００３１】 本発明にしたがった電気活性ポリマは、あらゆる方向へ変形することが可能で
ある。電極１０４，１０６間に電圧が印加されると、電気活性ポリマ１０２は、
２次元方向１０８，１１０の両方向にサイズを増大させる。場合によっては、電
気活性ポリマ１０２が非圧縮性である、例えば応力下における体積が実質的に一
定であることもある。このような場合のポリマ１０２は、２次元方向１０８，１
１０に膨張した結果として厚さを減少させる。ここで、本発明は非圧縮性のポリ
マに限定されないこと、そしてポリマ１０２の変形はこのような単純な関係にの
み適合するものではないことに、注意する必要がある。
【００３２】 電気活性ポリマ１０２は、プリストレインされている。プリストレインは、電
気エネルギと機械エネルギとの間の変換を改善させる。一実施形態では、プリス
トレインによってポリマの絶縁耐力が改善される。トランスデューサ１００に関
しては、プリストレインによって、電気活性ポリマ１０２をより大きく変形させ
、より大きな機械的作用を提供することが可能になる。ポリマのプリストレイン
は、プリストレイン前後における１つまたはそれ以上の方向の寸法の変化として
理解される。プリストレインは、ポリマ１０２を弾性的に変形させることを備え
、例えば、１つまたはそれ以上のエッジを固定した状態でポリマを伸張させるこ
とによって形成して良い。一実施形態において、プリストレインは弾性的である
。弾性的にプリストレインされたポリマは、原則的に、作動後に緩んでもとの状
態に戻ることができる。プリストレインは、剛性フレームを使用してポリマの境
界に対して課しても良いし、ポリマの一部分に対して局所的に課しても良い。
【００３３】 一実施形態では、ポリマ１０２の一部分に対して均一にプリストレインを加え
、等方性のプリストレインドポリマを形成する。例えば、アクリルのエラストマ
ポリマを、両２次元方向に２００〜４００％伸張して良い。別の一実施形態では
、ポリマ１０２の一部分に対して異なる複数の方向に不均一にプリストレインを
加え、異方性のプリストレインドポリマを形成する。この場合のポリマ１０２は
、作動時において、ある１方向にだけ別の１方向よりも大きく変形し得る。理論
に縛られることは本望ではないが、ポリマを１方向にプリストレインすると、そ
の方向におけるポリマの剛性が増すと考えられる。すると、ポリマは、より大き
くプリストレインされた方向には剛性が強く、より小さくプリストレインされた
方向には適合性が強くなるので、作動時における変形の大半は、より小さくプリ
ストレインされた方向に生じる。一実施形態では、大きなプリストレインを垂直
方向１１０に加えることによって、トランスデューサ１００の方向１０８への変
形を強化している。例えば、トランスデューサ１００として使用されるアクリル
のエラストマポリマを、方向１０８には１００％、そして垂直な方向１１０には
５００％伸張して良い。アクチュエータに関連して以下で述べるように、トラン
スデューサ１００の構成および幾何学的なエッジ制約も、特定方向への変形に対
して影響を及ぼし得る。
【００３４】 あるポリマに対するプリストレインの量は、電気活性ポリマと、アクチュエー
タまたは用途において所望されるそのポリマの性能と、に基づく。本発明による
幾つかのポリマに関して、１つまたはそれ以上の方向へのプリストレインは−１
００％〜６００％の範囲でよい。例えば、異方性のプリストレインを有したＶＨ
Ｂアクリルエラストマに関しては、少なくとも約１００％、好ましくは約２００
〜４００％のプリストレインを各方向に使用して良い。一実施形態において、ポ
リマは、もとの面積の約１．５倍〜５０倍の範囲にある係数によってプリストレ
インされる。適合性の強い方向への作動を強化する目的でプリストレインされた
異方性のアクリルに関しては、強化された方向へは約４００〜５００％のプリス
トレインを、そして適合性の方向へは約２０〜２００％のプリストレインを使用
して良い。場合によっては、ある１方向へのプリストレインによって別の１方向
へのプリストレインが負になるようにプリストレインを加えても良い。例えば、
ある１方向へは６００％のプリストレインを加え、直交する方向へは−１００％
のプリストレインを加えても良い。このような場合、プリストレインによる正味
面積の変化は一般に正である。
【００３５】 プリストレインは、ポリマ１０２の他の性質にも影響を及ぼし得る。大きくプ
リストレインさせると、ポリマの弾性が変化し、粘弾性のロスが小さく剛性が強
い体制を得る可能性がある。また、ポリマのなかには、プリストレインによって
電気破壊強度を増大させることによって、ポリマ内で使用される電場が増大し、
作動圧力および変形を増大させることが可能になるものもある。
【００３６】 プリストレインドポリマの変形を表すために、線ひずみや面ひずみを使用して
も良い。ここで、プリストレインドポリマの線ひずみとは、非作動状態と比べた
場合の１単位長さ（変形の線に沿った）あたりの変形を指す。本発明によるプリ
ストレインドポリマに関しては、線ひずみ（引張りまたは圧縮）の最大値は少な
くとも約５０％であるのが一般的である。ポリマの変形は、もちろん上記の最大
値より小さくても良く、そのひずみは、印加電圧を調整することによって調整し
て良い。プリストレインドポリマのなかには、線ひずみの最大値が一般に少なく
とも約１００％であるものもある。米国ミネソタ州セントポール所在の３Ｍコー
ポレーションによって製造されたＶＨＢ ４９１０のようなポリマに関しては、
線ひずみの最大値は一般に４０〜２１５％の範囲にある。電気活性ポリマの面ひ
ずみとは、非動作状態から作動状態に移行する際の、単位面積あたりのポリマ平
面の面積の変化を指す。この平面は、例えば、図１Ａおよび図１Ｂにおいて方向
１０８，１１０によって規定された平面である。本発明によるプリストレインド
ポリマに関しては、面ひずみの最大値として少なくとも約１００％が可能である
。プリストレインドポリマのなかには、面ひずみの最大値が一般に７０〜３３０
％の範囲であるものもある。
【００３７】 一般に、プリストレインされたポリマは、１つまたはそれ以上の物体に固定し
て良い。各物体は、ポリマのプリストレインを望ましいレベルに維持できる適切
な剛性を有して良い。ポリマは、化学的接着、接着層または材料、機械的な取り
付け等などの、当該分野において既知の任意の方法にしたがって、１つまたはそ
れ以上の物体に固定して良い。
【００３８】 本発明によるトランスデューサおよびプリストレインドポリマは、どんな特定
のジオメトリまたは線変形にも限定されない。例えば、ポリマおよび電極を、チ
ューブ状やロール状、複数の剛性構造間に取り付けられた伸張されたポリマ、任
意のジオメトリ（カーブ状または複雑なものを含む）を有したフレームまたは１
つもしくはそれ以上のジョイントを有したフレームに取り付けられた伸張された
ポリマなどを含む、任意のジオメトリまたは形状に形成してよい。本発明にした
がったトランスデューサの変形は、１つまたはそれ以上の方向への線膨張および
圧縮、曲げ、ポリマを巻く際の軸方向変形、基板に設けられた穴に向かった変形
などを含む。トランスデューサの変形は、ポリマに取り付けられたフレームまた
は剛性構造が、ポリマにどのような制約を及ぼすかによって影響される。一実施
形態では、ポリマより伸び率の小さい可撓性の材料をトランスデューサの一側面
に取り付けることによって、作動時にポリマを曲げる。別の一実施形態では、平
面からそれて半径方向に変形するトランスデューサをダイヤフラムと称する。図
１Ｅおよび図１Ｆを参照しながら、ダイヤフラムアクチュエータを詳細に説明す
る。
【００３９】 本発明の一実施形態にしたがった電気活性ポリマは、テクスチャ加工された表
面を有してよい。図１Ｃは、波状の外形を有した電気活性ポリマ１５２に関し、
テクスチャ加工された表面１５０を示した図である。テクスチャ加工された表面
１５０は、表面の波１５４の曲げを使用してポリマ１５２を変形させることを可
能にする。表面の波１５４の曲げによって、ポリマ１５２上に方向１５５に取り
付けられた剛性の電極に対し、バルク伸張させるよりも小さい抵抗で方向１５５
への方向的な適合性を提供することができる。テクスチャ加工された表面１５０
は、例えば幅が約０．１マイクロメートル〜４０マイクロメートルで深さが約０
．１マイクロメートル〜２０マイクロメートルである谷および山によって特徴付
けられてよい。この場合の波の幅および深さは、ポリマの厚さよりも実質的に小
さい。特定の一実施形態では、厚さ２００マイクロメートルのポリマ層に対して
山および谷の幅は１０マイクロメートルで深さは６マイクロメートルである。
【００４０】 一実施形態では、電極などの薄膜状の剛性材料１５６をポリマ１５２に取り付
けることによって、波状の外形が提供される。製造の際には、作動時に伸張でき
るよりもさらに大きく電気活性ポリマを伸張させ、その状態のポリマ１５２表面
に薄膜状の剛性材料１５６を取り付ける。続いて、ポリマ１５２を弛緩させ、そ
の構造を留めることによって、テクスチャ加工された表面を得る。
【００４１】 一般に、テクスチャ加工された表面は、ポリマ表面の変形によってポリマの変
形を可能にする均一でないまたは平滑でない任意の表面トポグラフィを備えてよ
い。例えば、図１Ｄは、ランダムなテクスチャを有した粗面１６１を含む電気活
性ポリマ１６０を示した図である。粗面１６１は、方向的に適合性でない２次元
的な変形を可能にする。したがって、表面トポグラフィの変形は、バルク伸張ま
たはバルク圧縮よりも小さい抵抗で剛性の電極を変形させることを可能にする。
ここで、テクスチャ加工された表面を有するプリストレインドポリマの変形が、
ポリマの表面変形およびバルク伸張の組み合わせを備えてよいことに、注意する
必要がある。
【００４２】 また、ポリマのテクスチャ加工された表面または不均一な表面は、テクスチャ
加工された表面の変形に依存する障壁層および／または電極の使用をも可能にす
る。電極は、ポリマ表面のジオメトリにしたがって曲がる金属を含んで良い。障
壁層は、プリストレインドポリマ材料内で局所的な電気破壊が生じた際に、電荷
をブロックするために使用してよい。
【００４３】 本発明においてプリストレインドポリマとして使用するのに適した材料は、静
電力に応じて変形するか、またはその変形によって電場が変化するような、実質
的に絶縁である任意のポリマまたはゴムを含んで良い。このような適切な材料の
１つとして、米国カリフォルニア州カーペンテリア所在のＮｕＳｉｌテクノロジ
ーによるＮｕＳｉｌ ＣＦ１９−２１８６が挙げられる。プリストレインドポリ
マとしての使用に適した別の代表的な材料は、任意の誘電エラストマポリマ、シ
リコンラバー、フルオロエラストマ、デラウェア州ウィルミントンのダウコーニ
ング社によるダウコーニング７３０のようなシリコン、ミネソタ州セントポール
の３Ｍコーポレーションによる４９００ ＶＨＢアクリルシリーズの任意のアク
リルポリマなどである。
【００４４】 本発明にしたがって使用される材料は、市販のポリマである場合が多い。この
ような市販のポリマとしては、例えば、任意の市販のシリコンエラストマ、ポリ
ウレタン、ＰＶＤＦコポリマ、そして接着性のエラストマが挙げられる。市販の
材料を使用することによって、本発明によるトランスデューサおよび関連のデバ
イスに対してコスト有効度の高い代替物を提供することができる。市販の材料の
使用により、製造の簡略化が可能である。一実施形態では、市販のポリマとして
、製造時に光硬化された脂肪族アクリラートの混合物を含んだ市販のアクリルエ
ラストマを使用してよい。アクリルエラストマの弾性は、枝分れした脂肪族を組
み合わせ、アクリルポリマ鎖間を架橋することによって得られる。
【００４５】 プリストレインドポリマとして使用される材料は、電気破壊強度が大きいか、
（大きい変形または小さい変形に対する）弾性率が小さいか、誘電率が大きいか
等などの１つまたはそれ以上の材料特性に基づいて選択して良い。一実施形態に
おいて、ポリマは、その弾性率が１００ＭＰａ以下であるように選択される。別
の一実施形態において、ポリマは、その最大作動圧力が約０．０５ＭＰａ〜約１
０ＭＰａになるように、好ましくは約０．３ＭＰａ〜約３ＭＰａになるように選
択される。用途によっては、温度および／または湿度の範囲が広い、繰り返しが
可能である、正確である、低クリープである、信頼度や耐性の程度など、１つま
たはそれ以上の要望にもとづいて電気活性ポリマが選択される場合もある。
【００４６】 本発明によるプリストレインドポリマに適した作動電圧は、ポリマの寸法（例
えば電極間の厚さ）はもちろん、その電気活性ポリマの材料および特性（例えば
誘電率）にも依存して変化し得る。例えば、図１Ａのポリマ１０２の作動電場の
大きさは、約０Ｖ／ｍ〜４４０ＭＶ／ｍの範囲で変化し得る。作動電圧がこの範
囲にあると、約０Ｐａ〜約１０ＭＰａの圧力が生じ得る。より大きな力を発揮で
きるトランスデューサを実現するためには、ポリマの厚さを増加させれば良い。
あるいは、複数のポリマ層を使用しても良い。特定のポリマの作動電圧を下げる
ためには、例えば、誘電率を高めたり、ポリマの厚さを薄くしたり、弾性率を下
げたりすれば良い。
【００４７】 本発明によるプリストレインドポリマの厚さは、広い範囲に渡ることが可能で
ある。一実施形態において、ポリマの厚さは約１マイクロメートル〜２ミリメー
トルの範囲で良い。プリストレインする前の代表的な厚さは、ＨＳ３の場合は５
０〜２２５マイクロメートル、ＮｕＳｉｌ ＣＦ １９−２１９６の場合は２５〜
７５マイクロメートル、３Ｍ ＶＨＢ ４９００シリーズの任意のアクリルポリマ
である場合は１００〜１０００マイクロメートルである。ポリマの厚さは、片方
または両方の２次元方向に膜を伸張させることによって薄くすることが可能であ
る。本発明によるプリストレインドポリマは、薄膜として製造および実現して良
い場合が多い。このような薄膜の厚さとしては、５０マイクロメートル未満が適
切である。
【００４８】 ３．アクチュエータ プリストレインドポリマの変形を様々な形で使用することによって、機械エネ
ルギを生成することができる。一般に、本発明による電気活性ポリマは、プリス
トレインドポリマによって改良された従来のアクチュエータや、１つまたはそれ
以上のプリストレインドポリマのために特別に設計されたカスタムアクチュエー
タを含む、様々な形のアクチュエータにおいて使用して良い。従来のアクチュエ
ータは、エクステンダ、曲がり梁、スタック、ダイヤフラム等などを含む。以下
では、本発明にしたがった、幾つかの代表的なカスタムアクチュエータに関して
説明する。
【００４９】 図１Ｅは、プリストレインドポリマ１３１を含んだダイヤフラムアクチュエー
タ１３０の、作動される前における状態を、本発明の一実施形態にしたがって示
した横断面図である。プリストレインドポリマ１３１は、フレーム１３２に取り
付けられている。フレーム１３２は、円形の穴１３３を含み、これによって、こ
の円形の穴１３３の領域に垂直な方向にポリマ１３１を変形させることが可能に
なる。ダイヤフラムアクチュエータ１３０は、ポリマ１３１の両側に円形電極１
３４，１３６を含むことによって、ポリマ１３１の一部分に電圧差を提供する。
【００５０】 電圧が印加されていない図１Ｅの状態では、プリストレインを行うために、ポ
リマ１３１を伸張させてフレーム１３２に固定している。適切な電圧が電極１３
４，１３６に印加されると、ポリマの膜１３１は、図１Ｆに示すように、フレー
ム１３２の平面を離れて膨張する。電極１３４，１３６は適合性があるので、プ
リストレインドポリマ１３１の変形にともなって形状を変化させる。
【００５１】 ダイヤフラムアクチュエータ１３０は、平面を挟んで上下両方の方向に膨張す
ることができる。一実施形態では、ポリマ１３１の下面側１４１に、ポリマ膜１
３１の膨張に作用するバイアス圧力を含ませることによって、ポリマ膜１３１を
、矢印１４３（図１Ｆ）の方向に向かって上向きに作動させる。別の一実施形態
では、少量のシリコンオイルなどの膨張剤を下面側１４１に加えることによって
、ポリマ１３１を矢印１４３の方向に向かって膨張させる。例えば、製造時に膨
張剤を加えるにあたって、わずかな圧力を下面側１４１に加えると、ポリマを、
１方向に向かって永久的にわずかに変形させることができる。膨張剤によって、
ダイヤフラムを、バイアス圧力を使用することなく望ましい方向に作動させ続け
ることが可能になる。
【００５２】 ダイヤフラムアクチュエータ１３０が膨張する量は、ポリマ１３１の材料、印
加される電圧の大きさ、プリストレインの大きさ、バイアス圧力の大きさ、電極
１３４，１３６の適合性などを含む多くの要因に基づいて変化し得る。一実施形
態において、ポリマ１３１は、穴の直径１３９の約５０％以上に相当する高さ１
３７まで変形して、大きく変形した半球状の形を形成することができる。この場
合、ポリマ１３１とフレーム１３２との間に形成される角度１４７は９０度未満
である。
【００５３】 上述のように、電気活性ポリマを１方向に膨張させると、ポアソン効果などに
よって、第２の方向への収縮応力が生じる。すると、第２の方向の機械的出力を
提供するトランスデューサへの機械的出力が減少する。したがって、本発明によ
るアクチュエータを、ポリマが非出力方向に制約されるように設計して良い。ま
た、アクチュエータを、非出力方向への変形によって機械的出力が改善されるよ
うに設計して良い場合もある。
【００５４】 ある２次元方向への変形を使用してもう一方の２次元方向への機械的出力を改
善させるアクチュエータの１つとして、バウアクチュエータが挙げられる。図２
Ａおよび図２Ｂは、バウアクチュエータ２００の作動前および作動後における状
態を、本発明の特定の一実施形態にしたがって示した図である。バウアクチュエ
ータ２００は、可撓性のフレーム２０２を備えた２次元機構であり、フレーム２
０２は、このフレーム２０２に取り付けられたポリマ２０６を機械的に補助する
ことによって、機械的出力を改善させるものである。フレーム２０２は、ジョイ
ント２０５において接続された６つの剛性部材２０４を含む。部材２０４および
ジョイント２０５は、ある２次元方向２０８へのポリマの変形を、その方向に垂
直な２次元方向２１０への機械的出力に結合させることによって、機械的な補助
を提供する。さらに詳しく言うと、フレーム２０２は、方向２０８へのポリマ２
０６の少量の変形が、方向２０８に垂直な２次元方向２１０への変位を改善させ
るように構成される。ポリマ２０６の相対する面（上面および下面）には、ポリ
マ２０６の一部分に電圧差を提供するための電極２０７（ポリマ２０６の下面に
取り付けられたボトム電極は未図示）が取り付けられている。
【００５５】 ポリマ２０６は、互いに垂直な２方向へのプリストレインの程度が異なるよう
に構成される。より詳しく言うと、電気活性ポリマ２０６は、２次元方向２０８
へのひずみが大きく、方向２０８に垂直な２次元方向２１０へのひずみが小さい
または全く無いように構成される。このような異方性のプリストレインは、フレ
ーム２０２のジオメトリに相対するように施されている。より詳しく言うと、電
極２０７および２０９によって作動されたポリマは、プリストレインが大きい方
向２０８に収縮する。フレーム２０２と、部材２０４によって提供されるレバー
アームとによって、ポリマ２０６の動きに制約が加えられるので、この収縮は、
ポリマを垂直な２次元方向２１０へと変形させるように作用する。したがって、
たとえプリストレインの大きい方向２０８へのポリマ２０６の変形がわずかであ
っても、フレーム２０２を方向２１０に向かって外側に曲げることができる。こ
のようにして、プリストレインの大きい方向２１０へのわずかな収縮が、プリス
トレインの小さい方向２０８への大きい膨張につながる。
【００５６】 バウアクチュエータ２００は、異方性のプリストレインおよびフレーム２０２
による制約を使用して、１方向への収縮を可能にすることによって、機械的な変
形を強化し、もう１方向への電気−機械変換を促進させることができる。つまり
、バウアクチュエータ２００に取り付けられた負荷２１１（図２Ｂ）は、２方向
すなわち方向２０８，２１０へのポリマ２０６の変形に結合される。このように
、ポリマ２０６に加えるプリストレインを異方性にし、フレーム２０２に対して
上記ジオメトリを採用することによって、バウアクチュエータ２００は、電気活
性ポリマを単独で使用する場合と比べて、同じ電気的入力に対し、より大きい機
械的変位を生じさせることができる。
【００５７】 バウアクチュエータ２００は、ポリマ２０６に基づいて構成して良い。例えば
、フレーム２０２のジオメトリおよびポリマ２０６の寸法を、ポリマ２０６の材
料に基づいて適合させて良い。ポリマ２０６としてＨＳ３シリコンを使用した特
定の一実施形態において、ポリマ２０６は、方向２０８および方向２１０にそれ
ぞれ約２７０％および約−２５％だけプリストレインされ、方向２０８および方
向２１０に関して９：２の長さの比を有することが好ましい。このような構成で
は、少なくとも約１００％の線ひずみを方向２１０に加えることが可能である。
【００５８】 ポリマ２０６のプリストレインと、フレーム２０２によって提供される制約と
によって、バウアクチュエータ２００は、プリストレインドポリマ２０６を、よ
り小さい作動電圧で所定の大きさだけ変形させることができる。バウアクチュエ
ータ２００は、プリストレインが小さい方向２１０へは小さい有効弾性率を有す
ることから、フレーム２０２によって提供される機械的な制約によって、バウア
クチュエータ２００を、より小さい電圧でより大きく方向２１０に変形するよう
に作動させることができる。また、方向２０８に大きくプリストレインさせるこ
とによって、ポリマ２０６の破壊強度が増すことから、バウアクチュエータ２０
０に対し、大きい電圧および大きい変形を加えることが可能になる。
【００５９】 図１Ａに関して上述したように、静電力の結果として膨張をはじめたポリマは
、膨張を促進する静電圧力が機械的な力によって相殺されるまで膨張を続ける。
負荷２１１をバウアクチュエータ２００に取り付けた場合は、負荷２１１によっ
て提供される機械的な効果が、ポリマ２０６の力の均衡および変形に影響を及ぼ
す。例えば、負荷２１１がバウアクチュエータ２００の膨張に抵抗する場合は、
負荷がない場合よりもポリマ２０６の膨張が少なくなる。
【００６０】 一実施形態において、バウアクチュエータ２００は、機械的補助を提供して機
械的出力を高める目的で追加のコンポーネントを含んで良い。例えば、図２Ｃに
示されるようなバネ２２０をバウアクチュエータ２００に取り付けて、方向２１
０への変形を促進して良い。これらのバネは、バウアクチュエータ２００に対し
て負荷を与えることによって、バネによるバネ力が外側の負荷による抵抗に抗す
るようにする。バネ２２０によって、バウアクチュエータ２００の変形がいっそ
う促進される場合もある。一実施形態では、外側にバネ２２０を設ける代わりに
ジョイント２０５内にバネ要素を組み込むことによって、バウアクチュエータ２
００の変形を促進しても良い。また、変形を促進するためにプリストレインを増
大させても良い。また、負荷を、フレーム２０２の側面をなす剛性部材に結合す
る（図２Ｂに示される）のではなく、フレーム２０２の上部および下部をなす剛
性部材２０４に結合しても良い。図２Ｂに示すように圧力が印加されると、上部
および下部の剛性部材２０４が互いに近づく方向に収縮されるので、電圧の印加
時において、バウアクチュエータ２００は、膨張するのではなく典型的な２次元
収縮を呈する。
【００６１】 図２Ａ〜２Ｃのバウアクチュエータ２００は、可撓性のフレームと電気活性ポ
リマとを備えるカスタムアクチュエータの具体例を示すが、フレームのジオメト
リや、電気活性ポリマの変位改善のための機械的な補助はすべて、本発明での使
用に適している。
【００６２】 ポリマの形状および制約は、変形に影響を及ぼし得る。電気活性ポリマのアス
ペクト比は、その長さと幅との比として定義される。アスペクト比が大きく（例
えばアスペクト比が約４：１以上である）、ポリマがその長さに沿って剛性部材
による制約を受ける場合、変形は、幅の方向のみの実質的に１次元となる。
【００６３】 図２Ｄおよび図２Ｅは直線運動アクチュエータ２３０の作動前および作動後に
おける状態を、本発明の特定の一実施形態にしたがって示した図である。直線運
動アクチュエータ２３０は、１方向への機械的出力を提供する２次元機構である
。直線運動アクチュエータ２３０は、幅２３４よりも実質的に大きい長さ２３３
を有した（例えば、アスペクト比が約４：１以上）ポリマ２３１を備える。ポリ
マ２３１は、その長さ２３３に沿って、フレームの剛性部材２３２の相対する２
面に取り付けられている。剛性部材２３２の剛性は、ポリマ２３１の剛性より大
きい。剛性部材２３２によって提供される幾何学的なエッジ制約が、長さ２３３
に沿った方向２３６へのポリマの変位を実質的に阻止するので、変形は、ほとん
ど方向２３５にのみ促進される。直線運動アクチュエータ２３０が、異方性のプ
リストレインを有したポリマ２３１によって実現される場合、例えば、方向２３
６へのプリストレインの方が方向２３５へのプリストレインよりも大きい場合な
どは、ポリマ２３１の方向２３６への剛性は方向２３５へのそれよりも大きく、
結果として方向２３５への変形の方が大きくなる。例えば、このような構成は、
異方性のプリストレインを有したアクリルに対して少なくとも約２００％の線ひ
ずみを生じ得る。
【００６４】 電気活性ポリマまたはアクチュエータの集合体を機械的に結合することによっ
て、例えば力および／または変位などに関して共通の出力を有した、より大きい
アクチュエータを形成しても良い。１集合体内の基本単位として小さな電気活性
ポリマを使用することによって、電気エネルギから機械エネルギへの変換を用途
に応じて大小させて良い。例えば、複数の直線運動アクチュエータ２３０を方向
２３５に直列に組み合わせ、一列にならんだ全直線運動アクチュエータの累積変
形を有したアクチュエータを形成しても良い。電気エネルギを機械エネルギに変
換する場合は、１集合体内において個々にまたは機械的に繋がれた電気活性ポリ
マを「人工筋肉」と称しても良い。ここでは、人工筋肉は、力の出力および／ま
たは変位を１つ有した１つまたはそれ以上のトランスデューサおよび／またはア
クチュエータとして定義される。人工筋肉は、ミクロまたはマクロなレベルで実
現して良く、ここで説明された任意の１つまたはそれ以上のアクチュエータを備
えて良い。
【００６５】 図２Ｆは、人工筋肉の一例としての、多層アクチュエータ２４０を、本発明の
特定の一実施形態にしたがって示した横断面図である。多層アクチュエータ２４
０は、並列に配置された４つのプリストレインドポリマ２４１を含み、これらの
プリストレインドポリマ２４１は、同じ変形を有するようにそれぞれ剛性フレー
ム２４２に取り付けられている。電極２４３，２４４は、各ポリマ２４１の相対
する２面に設けられ、４つのプリストレインドポリマを同時に静電作動させる。
多層アクチュエータ２４０は、個々のポリマ層２４１の力を累積させたものを出
力として提供する。
【００６６】 別の一実施形態では、１つのポリマの代わりに複数の電気活性ポリマ層を使用
して、アクチュエータから出力される力または圧力を増大させて良い。例えば、
１０個の電気活性ポリマを積層させることによって、図１Ｅのダイヤフラムアク
チュエータの圧力の出力を増大させても良い。図２Ｇは、人工筋肉の別の例とし
ての積層形の多層ダイヤフラムアクチュエータ２４５を、本発明の一実施形態に
したがって示した図である。積層された多層アクチュエータ２４５は、互いに積
層された３枚のポリマ層２４６を含み、これらのポリマ層は、接着層２４７によ
って取り付けられて良い。接着層２４７の中には、ポリマ層２４６を作動させる
電極２４８，２４９が設けられている。最も外側のポリマ層には剛性の強いプレ
ート２５０が取り付けられており、このプレートは、積層された多層ダイヤフラ
ムアクチュエータ２４５が変形するのを可能にする複数の穴２５１を含むように
パターン形成されている。積層された多層アクチュエータ２４５は、ポリマ層２
４６を組み合わせることによって、個々のポリマ層２４６の力を累積させた出力
を提供することができる。
【００６７】 本発明による電気活性ポリマは、図２Ｄおよび図２Ｅの直線運動アクチュエー
タ２３０だけでなく、直線変位を提供する様々なアクチュエータに含ませること
が可能である。図２Ｈは、電気活性ポリマのダイヤフラム２５６を含んだ線形ア
クチュエータ２５５を、本発明の別の一実施形態にしたがって示した図である。
この場合は、フレーム２６１に設けられた穴２５８内で変形するダイヤフラム２
５６の中央部分に、出力シャフト２５７が取り付けられている。静電エネルギの
作動時および除去時において、出力シャフト２５７は、矢印２５９で示されるよ
うに変位する。線形アクチュエータ２５５は、また、出力シャフト２５７の位置
付けを容易にする適合性のバネ要素２６０を含んでも良い。
【００６８】 別の一実施形態では、本発明によるプリストレインドポリマを巻くまたは折る
ことによって、作動の際に軸方向に変形するような線形のトランスデューサおよ
びアクチュエータを形成して良い。電気活性ポリマの製造は、層の枚数を少なく
するほど簡単になる場合が多いので、アクチュエータを巻くことによって、大き
なポリマ層をコンパクトな形状に効果的に圧縮することができる。巻かれたまた
は折られたトランスデューサおよびアクチュエータは、互いに近接する多数のポ
リマ層を提供するために、１以上の巻かれたまたは折られたポリマ層を含んでも
良い。巻かれたまたは折られたアクチュエータは、ロボットの足や指、高応力の
グリッパ、汎用の線形アクチュエータなど、線形アクチュエータが使用されるあ
らゆる用途に対して適用可能である。
【００６９】 図２Ｉは、シャクトリムシ型アクチュエータ２６２を、本発明の特定の一実施
形態にしたがって示した図である。シャクトリムシ型アクチュエータ２６２は、
円筒状の軸に沿って軸方向に変形する、電極をともなった２枚またはそれ以上の
ロール状のプリストレインドポリマ層２６３を含む。シャクトリムシ型アクチュ
エータ２６２は、また、金属面２６８への取り付けおよび取り外しを行うための
静電クランプ２６４，２６５を含む。静電クランプ２６４，２６５は、シャクト
リムシ型アクチュエータ２６２の総合的なストロークを、クランプなしのアクチ
ュエータと比べて増大させることを可能にする。静電クランプ２６４，２６５の
単位重量あたりのクランプ力は大きいので、シャクトリムシ型アクチュエータ２
６２を使用すると、本発明によるプリストレインドポリマの単位重量あたりの力
を保存できるという利点がある。静電クランプ２６４，２６５は、接続領域２６
７においてシャクトリムシ型アクチュエータに取り付けられる。シャクトリムシ
型アクチュエータのボディ２６６は、接続領域２６７を含んでおり、ロール状の
ポリマ２６３は、その軸方向に沿って、ある程度の遊びを接続領域２６７間に有
している。一実施形態において、静電クランプ２６４，２６５は、静電クランプ
２６４，２６５から金属面２６８への電気的短絡を阻止するための絶縁接着剤２
６９を含む。
【００７０】 シャクトリムシ型アクチュエータ２６２は、６つのステップを経て上方に移動
する。ステップ１において、静電クランプ２６４，２６５が作動されてポリマ２
６３が弛緩されると、シャクトリムシ型アクチュエータ２６２は、両端で固定さ
れて移動不能になる。静電クランプは、クランプと金属面２６８との間に電圧差
を加えることによって作動される。ステップ２において、クランプ２６５が解放
される。クランプ２６４，２６５の一方を解放すると、シャクトリムシ型アクチ
ュエータ２６２の両端のうち、解放されたクランプに対応する一端が自由に移動
できるようになる。ステップ３において、静電ポリマ２６３が作動され、シャク
トリムシ型アクチュエータ２６２は上方に伸張される。ステップ４において、ク
ランプ２６５が作動され、シャクトリムシ型アクチュエータ２６２は移動不能に
なる。ステップ５において、クランプ２６４が解放される。ステップ６において
、ポリマ２６３が弛緩され、シャクトリムシ型アクチュエータ２６２は収縮する
。シャクトリムシ型アクチュエータ２６２は、ステップ１からステップ６までを
周期的に繰り返すことによって上方に移動する。上述したプロセスにおいて、ク
ランプ２６４，２６５を逆にすると、シャクトリムシ型アクチュエータ２６２は
逆方向に移動する。
【００７１】 以上では、１つの電気活性ポリマと２つのクランプを使用した場合を例にとっ
てシャクトリムシ型アクチュエータ２６２を説明したが、複数の電気活性ポリマ
を使用して、複数セグメントのシャクトリムシ型アクチュエータを実現しても良
い。複数セグメントのシャクトリムシ型アクチュエータは、厚さを増すことなく
シャクトリムシ型アクチュエータの長さを長くすることを可能にする。２セグメ
ントのシャクトリムシ型アクチュエータは、ロール状のポリマを１つでなく２つ
使用し、クランプを２つではなく３つ使用する。一般に、ｎセグメントのシャク
トリムシ型アクチュエータは、ｎ＋１個のクランプ間にｎ個のアクチュエータを
備える。
【００７２】 図２Ｊは、線変形を提供するための伸張膜アクチュエータ２７０を、本発明の
別の一実施形態にしたがって示した図である。伸張膜アクチュエータ２７０は、
１つの穴２７２を有した剛性フレーム２７１を含む。プリストレインドポリマ２
７３は、引っ張られた状態でフレーム２７１に取り付けられて穴２７２を塞ぐ。
剛性バー２７４は、ポリマ２７３の中央に取り付けられており、ポリマ２７３の
変形に対応した変位を外に対して提供する。ポリマ２７３の上面および下面の両
方には、適合性の電極対２７５，２７６が設けられており、これらの電極対は、
剛性バー２７４の左側および右側にそれぞれ配置される。電極対２７５が作動さ
れると、電極対２７５のトップ電極とボトム電極との間およびそれらの附近にお
いて、ポリマ２７３の一部分が膨張され、ポリマ２７３の他の部分における既存
の張力によって、剛性バー２７４が右側に引っ張られて移動される。反対に、電
極対２７６が作動された場合は、ポリマ２７３のうち電極対２７６による影響を
うける第２の部分が、ポリマ２７３の残りの部分と比べて膨張し、剛性バー２７
４を左側に移動させる。電極対２７５，２７６を交互に作動させることによって
、剛性バー２７４の総合的なストローク２７９を効果的に増大させることができ
る。このアクチュエータのヴァリエーションの１つとして、異方性のプリストレ
インをポリマに加え、ポリマが剛性バーの変位に垂直な方向に大きなプリストレ
イン（および剛性）を有するようにすることが挙げられる。別のヴァリエーショ
ンは、一方の電極対を排除することである。このヴァリエーションでは、伸張膜
アクチュエータ２７０のストローク２７９を減少させることによって設計の簡略
化を図っている。この場合、除去された電極によって使用されていた部分のポリ
マは、復元バネのように受身的に応じるようになる。
【００７３】 図２Ｋは、曲がり梁アクチュエータ２８０を、本発明の別の一実施形態にした
がって示した図である。曲がり梁アクチュエータ２８０は、剛性サポート２８２
によって一端に固定されたポリマ２８１を含み、このポリマ２８１は、例えば接
着層を使用して、ポリイミドまたはマイラーなどの可撓性の薄膜材料２８３に取
り付けられている。可撓性薄膜材料２８３の弾性率は、ポリマ２８１の弾性率よ
りも大きい。作動時には、曲がり梁アクチュエータ２８０の上面２８６および下
面２８７の弾性率の差によって、曲がり梁アクチュエータ２８０が曲げられる。
電極２８４，２８５は、ポリマ２８１の相対する２面に取り付けられ、電気エネ
ルギを提供する。曲がり梁アクチュエータ２８０は、自由度が１の自由端２８８
を含む。自由端２８８の変形は、自由端２８８と、剛性サポート２８２によって
固定された端との間に形成される角度の変化によって測定される。図２Ｌは、９
０度の曲げ角度を有した状態の曲がり梁アクチュエータ２８０を示した図である
。
【００７４】 曲がり梁アクチュエータ２８０の最大曲げ角度は、ポリマの材料、アクチュエ
ータの長さ、電極２８４，２８５および可撓性薄膜材料２８３の曲げ剛性などの
多くの要因に応じて変化する。ダウコーニングＨＳ３シリコンと、金の電極と、
長さが３．５ｍｍのアクティブ領域とを備えた曲がり梁アクチュエータ２８０の
場合は、２２５度を超える曲げ角度を達成することができる。アクティブ領域の
長さが増大すると、曲がり梁アクチュエータ２８０において達成可能な曲げ角度
も増大する。したがって、上記した曲がり梁アクチュエータのアクティブ領域の
長さを５ｍｍまで伸ばすと、３６０度の曲げ角度を達成することが可能になる。
【００７５】 一実施形態において、電極の１つは可撓性の薄膜材料２８３として作用する。
可撓性薄膜材料２８３として作用する電極としては、金などの、曲げ剛性が小さ
く且つ引張り剛性が大きい任意の薄い金属が適している。別の一実施形態では、
ポリマが局所的に破壊されるのを最小限に抑えるために、電極２８４，２８５の
一方とポリマ２８１との間に障壁層を設けている。破壊は、ポリマが印加電圧に
耐えられなくなった場所として定義して良い。障壁層は、一般にポリマ２８１よ
り薄くて且つポリマ２８１より高誘電率であるので、電圧降下は、主にポリマ２
８１内において生じる。多くの場合において、障壁層の絶縁破壊強度は大きいこ
とが好ましい。
【００７６】 図２Ｍは、曲がり梁アクチュエータ２９０を、本発明の別の一実施形態にした
がって示した図である。曲がり梁アクチュエータ２９０は、剛性サポート２９６
によって一端に固定された上部および下部のプリストレインドポリマ２９１，２
９２を含む。各ポリマ２９１，２９２は、独立して個々に作動して良い。独立し
た作動は、上部および下部のポリマ２９１，２９２にそれぞれ取り付けられたト
ップ電極２９３およびボトム電極２９４を、別々に電気制御することによって行
われる。上部および下部の電気活性ポリマ２９１，２９２の間には、両方のポリ
マに接した共通の電極２９５が設けられている。共通の電極２９５は、ポリマ層
２９１，２９２のプリストレインを維持するとともに伸張および曲げを可能にで
きる十分な剛性を有する。
【００７７】 上側の電極対２９３，２９５を使用して上部の電気活性ポリマ２９１を作動さ
せると、曲がり梁アクチュエータ２９０は下向きに曲げられる。下側の電極対２
９４，２９５を使用して下部の電気活性ポリマ２９２を作動させると、曲がり梁
アクチュエータ２９０は上向きに曲げられる。したがって、上部および下部の電
気活性ポリマ２９１，２９２を独立して使用することによって、曲がり梁アクチ
ュエータ２９０を半径方向２９７に沿って制御することが可能になる。実質的に
同じサイズおよび材料を有した上部および下部のポリマ２９１，２９２が同時に
作動されると、曲がり梁アクチュエータ２９０は直線方向２９８に沿って伸張さ
れる。半径方向２９７および直線方向２９８への動きを制御する能力を組み合わ
せると、曲がり梁アクチュエータ２９０は、自由度が２のアクチュエータになる
。したがって、上部および下部のポリマ２９１，２９２を、別々に作動および制
御することによって、曲がり梁アクチュエータ２９０の自由端２９９を、円形ま
たは楕円形などの複雑な経路で動かすことが可能になる。
【００７８】 ４．性能 本発明にしたがったトランスデューサは、電気エネルギと機械エネルギとの間
でエネルギの変換を行う。トランスデューサの性能は、トランスデューサ自体の
観点から見て特徴付けられる。すなわち、アクチュエータにおけるトランスデュ
ーサの性能か、または特定の１用途におけるトランスデューサの性能（例えば、
１モータ内に実装されたトランスデューサの数）によって特徴付けられて良い。
プリストレインされた本発明にしたがった電気活性ポリマによって、トランスデ
ューサの性能は大きく向上される。
【００７９】 トランスデューサ自体によるトランスデューサ性能の特徴付けは、一般に、ポ
リマおよび電極の材料特性に関する。電気活性ポリマの性能は、ひずみ、エネル
ギ密度、作動圧力、作動圧力の密度および効率などのパラメータによって、ポリ
マのサイズとは別個に記述して良い。ただし、ここでは、以下で説明するような
プリストレインドポリマおよび関連のトランスデューサ性能の特徴付けが、電気
活性ポリマおよび電極の種類によって変化し得ることに注意が必要である。
【００８０】 本発明によるプリストレインドポリマは、約０．１〜約１００ＭＰａの有効弾
性率を有して良い。作動圧力は、作動状態と非作動状態との間における、単位断
面積あたりのプリストレインドポリマにかかる力の変化として定義される。本発
明によるプリストレインドポリマは、約０〜約１００ＭＰａの作動圧力、好まし
くは０．１〜１０ＭＰａの作動圧力を有して良い場合がある。また、作動状態か
ら非作動状態への移行時における、単位重量あたりの材料の変形のエネルギとし
て定義される特定の弾性エネルギ密度を使用して、重量が重要な要素を占める電
気活性ポリマを記述しても良い。本発明によるプリストレインドポリマは、３Ｊ
／ｇを超える特定の弾性エネルギ密度を有して良い。
【００８１】 また、プリストレインドポリマの性能を、ポリマのサイズとは別個に効率によ
って記述しても良い。電気機械効率は、電気入力エネルギに対する機械出力エネ
ルギの比として定義される。本発明によるプリストレインドポリマを使用すれば
、８０％を超える電気機械効率を達成することが可能である。プリストレインド
ポリマがその最大（または最小）作動圧力まで増圧される（または減圧される）
までの時間は、応答時間と称される。本発明にしたがったプリストレインドポリ
マは、広い範囲の応答時間に適応し得る。応答時間は、ポリマのサイズおよび構
成に依存して、例えば約０．０１ミリ秒〜１秒の範囲で変化し得る。また、高い
率で誘起されたプリストレインドポリマを、動作周波数によって特徴付けても良
い。一実施形態において、本発明での使用に適した最大動作周波数は約１００Ｈ
ｚ〜１００ｋＨｚで良い。動作周波数がこの範囲にあると、本発明によるプリス
トレインドポリマを、音響関係の様々な用途（例えばスピーカ）で使用すること
が可能になる。いくつかの実施形態では、本発明によるプリストレインドポリマ
を共振周波数で動作させることによって、機械的出力の改善を図って良い場合も
ある。
【００８２】 アクチュエータの性能は、そのアクチュエータに特有な性能パラメータによっ
て記述し得る。例えば、特定のサイズおよび重量を有したアクチュエータの性能
は、ストロークや変位、力、アクチュエータの応答時間などのパラメータによっ
て定量して良い。ある用途におけるトランスデューサの性能の特徴付けは、その
トランスデューサが、特定の用途（例えばロボットなど）にどの程度適切に組み
込まれているかに関する。ある用途におけるトランスデューサの性能は、その用
途に特有な性能パラメータ（例えばロボットの用途における単位重量あたりの力
）によって記述して良い。用途に特有なパラメータには、ストロークまたは変位
、力、アクチュエータの応答時間、周波数応答、効率等などが含まれる。これら
のパラメータは、トランスデューサのサイズ、重量、および／またはデザイン、
ならびに用途の種類に依存して良い。
【００８３】 ここで、ある電気活性ポリマに対する所望の材料特性は、アクチュエータまた
は用途に応じて変化し得ることに注意が必要である。ある用途において、大きい
作動圧力および大きいひずみを生成するためには、高絶縁強さ、高誘電率、低弾
性率のうちいずれか１つの特性を備えたプリストレインドポリマを使用して良い
。また、ある用途のエネルギ効率を最大化するためには、高体積抵抗率および低
機械減衰のいずれか１つの特性を備えたポリマを使用して良い。
【００８４】 ５．電極 上述のように、本発明のトランスデューサは、電気活性ポリマを作動させるた
めの１つ以上の電極を備えることが好ましい。概して、本発明での使用に適した
電極は、時間的に一定もしくは変化する適切な電圧を電気活性ポリマに供給し、
電気活性ポリマから受け取ることができれば、どのような形態および材料であっ
ても良い。一実施形態では、電極は、ポリマの表面に接着されている。ポリマに
接着する電極は、適合性で、ポリマの形状変化に適合することが好ましい。電極
は、電気活性ポリマの一部分にのみ適用可能であり、電極の形状にしたがってア
クティブ領域を規定する。
【００８５】 適合性電極は、１以上の方向に変形することが可能である。これらの方向の一
方への適合性電極の変形を表すために、線ひずみを使用しても良い。ここで、適
合性電極の線ひずみとは、変形の線に沿った１単位長さあたりの変形を指す。本
発明による適合性電極に関しては、少なくとも約５０％の最大線ひずみ（引張り
または圧縮）が可能である。線ひずみの最大値が、一般に少なくとも約１００％
であるような適合性電極も存在する。もちろん、電極は、最大値以下のひずみで
変形することが可能である。一実施形態では、適合性電極は、１以上の高導電領
域と１以上の低導電領域を備える「構造化電極」である。
【００８６】 図３は、適合性が１方向性である構造化電極５０１を、本発明の一実施形態に
したがって示した上面図である。構造化電極５０１は、電荷分布層５０３にわた
って平行な線上にパターニングされた金属トレース５０２を含む。金属トレース
５０２と電荷分布層５０３は両方とも、ポリマのアクティブ領域（図示せず）に
わたっている。金属トレース５０２と電荷分布層５０３は、ポリマの相対する２
面に用いられる。それゆえ、相対する２面に構造化電極５０１を含むトランスデ
ューサの断面は、上部から下部に向かって、トップ金属トレース、トップ電荷分
布層、ポリマ、ボトム電荷分布層、ボトム金属トレースとなっている。ポリマの
両表面上の金属トレース５０２は、それらの間の電気活性ポリマ金属のための電
極として働く。別の実施形態では、ボトム電極は、適合性の均一の電極で良い。
電荷分布層５０３は、金属トレース５０２の間の電荷の分布を促進する。それと
共に、高導電性の金属トレース５０２は、アクティブ領域をわたって低導電性の
電荷分布層５０３へ電荷を迅速に導電する。それにより、トレース５０２の間の
ポリマの表面にわたって均一に電荷が分布する。電荷分布層５０３は、適合性が
ある。結果として、構造化電極５０１は、平行な金属トレース５０２に垂直であ
る適合的な方向５０６への偏向を許容する。
【００８７】 ポリマ全体の作動は、ポリマの長さ方向に沿った平行の金属トレース５０２の
長さを伸張することと、ポリマの幅に沿って適切な数のトレース５０２を実装す
ることによって実現されても良い。一実施形態では、金属トレース５０２は、４
００マイクロメートルの間隔で離間され、約２０〜１００ナノメートルの厚さを
持っている。トレースの幅は通例、その間隔よりも広い。構造化電極５０１に対
する反応速度全体を高めるためには、金属トレース５０２の間の距離を小さくす
れば良い。金属トレース５０２は、金、銀、アルミニウム、その他多くの金属、
比較的剛性の導電材料を含んで良い。一実施形態では、電気活性ポリマの相対す
る２面上の金属トレースは、ポリマ層の電荷分布を改善し、直接的な金属間電気
破壊を防ぐために、他の金属トレースからずらされている。
【００８８】 金属トレース材料の弾性許容よりも、軸沿いの平行金属トレース５０２の変形
の方が、金属トレース５０２の損傷につながる可能性が高い。このような損傷を
防ぐために、ポリマは、ポリマと金属トレース５０２の軸沿いの変形を防ぐ剛性
構造によって制約されても良い。図２Ｄおよび２Ｅの直線運動アクチュエータの
剛性部材２３２は、この点で適切である。別の実施形態において、金属トレース
５０２は、ポリマ５００の表面上で少し起伏していても良い。これらの起伏は、
軸方向についてトレース５０２に適合性を付加し、その方向への変形を許す。
【００８９】 一般に、電荷分布層５０３は、電気活性ポリマよりも導電度が大きいが、金属
トレースよりは小さい。電荷分布層５０３は導電条件が厳しくないため、幅広い
種類の材料を用いることができる。例えば、電荷分布層は、カーボンブラック、
コロイド銀を含むフルオロエラストマ、少ない割合のヨウ化ナトリウムが濃度負
荷された水性ラテックスラバー乳濁液、テトラチアフルバレン／テトラシアノキ
ノジメタン（ＴＴＦ／ＴＣＮＱ）電荷移動錯体を含むポリウレタンを含んでよい
。これらの材料は、平坦な被覆と共に薄い均一な層を形成することができ、周囲
への実質的な電荷漏出の前に金属トレース５０２の間に電荷を導電するのに十分
な表面導電性を持っている。一実施形態では、電荷分布層５０３の材料は、ポリ
マのＲＣ時間定数に基づいて選択される。例えば、本発明に適した電荷分布層５
０３の表面抵抗は、１０6〜１０11オームでよい。いくつかの実施形態では、電
荷分布層が用いられず、金属トレース５０２が直接ポリマにパターニングされる
ことにも注意すべきである。この場合、ポリマ表面上の空気もしくは別の化学種
は、トレース間の電荷を運ぶのに十分だろう。プラズマエッチングやイオンイン
プランテーションなどの表面処理によって表面の導電性を高めることにより、効
果を高めても良い。
【００９０】 別の実施形態では、複数の金属電極が、ポリマの１つの面に置かれ、ポリマの
幅に達している。電極は、幅の方向と垂直な方向に適合性を提供する。２つの近
接した金属電極は、それらの間のポリマ材料のための電極として働く。複数の電
極はこのように交互になっており、交互の電極は、ポリマの同期活性化を提供す
るために電気的に通信することが可能である。
【００９１】 図４は、指向的な適合性のない構造化電極の下にあるプリストレインドポリマ
５１０を、本発明の特定の一実施形態にしたがって示した図である。構造化電極
は、「ジグザグ」パターンを形成する一定間隔の平行線で電気活性ポリマ５１０
の一表面上に直接パターニングされた金属トレース５１２を備える。ポリマの相
対する２面上の２つの金属トレース５１２は、それらの間の電気活性ポリマ５１
０材料のための電極として働く。金属トレース５１２の「ジグザグ」パターンに
より、複数の方向５１４および５１６へのポリマおよび構造化電極の膨張と収縮
が許される。
【００９２】 図３および４に関して記されたような金属トレースの配列を用いることにより
、導電度の低い電荷分布層を用いることが可能となる。より詳しく言うと、金属
トレース間の間隔が小さくなると、トレース間の材料に必要な導電度が減少する
。このように、電荷分布層の使用に適する導電性があるとみなされない材料を用
いることができる。例えば、１０10オームの表面抵抗を持つポリマが、このよう
に電荷分布層として用いられても良い。特定の一実施形態では、２５マイクロメ
ートルの厚さを持ち、約５００マイクロメートルの平行金属トレースの間を仕切
るポリマ層の構造化電極の一部である電荷分布層として、ラバーが用いられた。
電荷分布層に必要な導電度を低減することに加えて、金属トレースの間隔を小さ
くすることにより、間隔の小さいトレース間の短い距離間で、電荷が電荷分布層
を通過すればよくなるため、作動速度が大きくなる。
【００９３】 本発明の構造化電極は、２つの具体的な金属トレースの構成に即して説明され
たが、本発明にしたがった構造化電極は、任意の適切な方法でパターニングして
も良い。当業者の理解するように、均一に分布された様々な金属トレースのパタ
ーンにより、ポリマの表面上に電荷が提供されると共に、１以上の方向の適合性
が提供される。いくつかの場合では、構造化電極は、非均一の方法でポリマ表面
に取り付けられても良い。ポリマの作動は、適切に近接した１対のパターニング
された金属トレース内のアクティブ領域に限定されていて良いため、電気活性ポ
リマに特化したアクティブおよび非アクティブ領域は、特注の金属トレースパタ
ーニングによって規定されても良い。これらのアクティブおよび非アクティブ領
域は、従来の金属トレース蒸着技術にしたがって特注の構造と高分解能に形成さ
れても良い。電気活性ポリマの全表面にわたってこの動作を施すことにより、数
多くの特注構造のアクティブ領域を含む構造化電極の特注パターンの結果、構造
化電極のパターンにしたがった電気活性ポリマの作動は、特化した不均一のもの
となる。
【００９４】 本発明は、主に平坦な電極に即して説明されたが、適合性電極を提供するため
に、様々な平面でない特徴を持つ「テクスチャ加工された電極」が用いられても
良い。図５は、代表的なテクスチャ加工された電極５２０および５２１を、本発
明の一実施形態にしたがって示した図である。テクスチャ加工された電極５２０
および５２１は、ポリマ５２２の変形の結果、テクスチャ加工された電極５２０
および５２１が２次元および非２次元的に変形するように、電気活性ポリマの相
対する２面に取り付けられる。電極５２０および５２１の２次元および非２次元
的な適合性は、起伏パターンによって提供され、ポリマ５２２の平面および／ま
たは厚さ方向の変形に関して、方向５２６への適合性が提供される。テクスチャ
加工された電極５２０および５２１に対して実質的に均一な適合性を提供するた
めに、方向５２６に関して電気活性ポリマの表面全体にわたって、起伏パターン
が実装される。一実施形態では、テクスチャ加工された電極５２０および５２１
は、適合性を提供するために金属にひびが入ることなしに曲がるような厚さを持
つ金属からなる。通例、テクスチャ加工された電極５２０は、実質的に一定の電
場をポリマ５２２に提供するために、電極５２０および５２１の非２次元的な変
形がポリマ５２２の厚さよりも十分に小さくなるように構成される。テクスチャ
加工された電極は、１以上の方向に適合性を提供しても良い。特定の一実施形態
では、きめの粗いテクスチャ加工された電極が、直交する２次元方向に適合性を
提供している。きめの粗いテクスチャ加工された電極は、図１Ｄのきめの粗い表
面と同一の構造を持っても良い。
【００９５】 一実施形態では、本発明の適合性電極は、カーボングリースもしくは銀グリー
スのような導電性のグリースを含む。導電性グリースは、複数の方向に適合性を
提供する。ポリマの導電性を高めるために、粒子を付加しても良い。例えば、炭
素粒子をシリコンのようなポリマ結合剤と組み合わせ、弾性が低く導電性が高い
カーボングリースを生成しても良い。１以上の材料特性を変えるために、導電性
グリースに他の材料を混合しても良い。本発明にしたがった導電性グリースは、
少なくとも約１００パーセントひずみの変形に適している。
【００９６】 本発明の適合性電極は、さらに、コロイド懸濁液を含んでもよい。コロイド懸
濁液は、液媒の中に、グラファイト、銀、金のようなサブマイクロメートルサイ
ズの粒子を含む。一般に、十分に導電性粒子を負荷した任意のコロイド懸濁液が
、本発明にしたがった電極として用いられてよい。特定の一実施形態では、コロ
イドサイズの導電粒子を含む導電性グリースは、硬化して導電性の半固体を形成
するコロイド懸濁液を生成するために、シリコン結合剤の中にコロイドサイズの
導電性粒子を含む導電性シリコンと混合される。コロイド懸濁液の利点は、液体
を薄く均一にコーティングすることのできる噴霧、浸漬コーティング、およびそ
の他の技術によってポリマ表面にパターニングできることである。ポリマと電極
の間の接着を容易にするために、結合剤が、電極に加えられてもよい。例えば、
水性のラテックスラバーもしくはシリコンが、グラファイトを含むコロイド懸濁
液に結合剤として加えられてもよい。
【００９７】 別の実施形態では、適合性電極は、カーボンフィブリルやカーボンナノチュー
ブのようなアスペクト比の大きい導電性材料を用いて実現される。これらのアス
ペクト比の大きいカーボン材料は、薄い層の中で高い表面導電性を形成すること
ができる。アスペクト比の大きいカーボン材料は、その相互接続性の高さから、
比較的低い電極厚さでポリマ表面に高導電性を分け与えてもよい。例えば、アス
ペクト比の大きくない一般の形状のカーボンからなる電極の厚さは、５〜５０マ
イクロメートルの範囲であり、カーボンフィブリルもしくはカーボンナノチュー
ブ電極からなる電極の厚さは、２〜４マイクロメートル未満である。アクリルお
よびその他のポリマ上のカーボンフィブリルおよびカーボンナノチューブ電極に
ついては、１００％をはるかに上回る複数方向への領域拡張が適している。アス
ペクト比の大きいカーボン材料は、電気活性ポリマ層との接着力を増すためにポ
リマ結合剤を使用してもよい。ポリマ結合剤を用いることにより、或る特定の電
気活性ポリマ層との接着と、ポリマの弾性的および機械的特性に基づいて、或る
特定の結合剤を選択できるという利点がある。
【００９８】 一実施形態では、アスペクト比の大きいカーボン電極は、電極の不透明度がポ
リマの変形にしたがって変更可能なように十分に薄く製造されて良い。例えば、
電極は、電極が２次元的な膨張の際に不透明から半透明に変化するように十分に
薄く造られても良い。このように電極の不透明度を操作することにより、以下に
説明するように、本発明のトランスデューサが多くの様々な光学的用途に用いら
れてもよい。
【００９９】 別の実施形態では、イオンによる導電性材料の混合物が、適合性電極に用いら
れても良い。これは、例えば、ゼラチン内のグリセロールもしくは塩、ヨウ素添
加天然ゴム、ヨウ化カリウムのような有機塩を加えた水性乳濁液のような水性ポ
リマ材料を含んでもよい。水性電極に十分に接着できない疎水性の電気活性ポリ
マについては、接着性を高めるために、ポリマ表面が、プラズマエッチング、も
しくはグラファイトやカーボンブラックのような微粉によって前処理されても良
い。
【０１００】 本発明の電極に用いられる材料は、大幅に変わっても良い。電極に用いられる
適切な材料は、グラファイト、カーボンブラック、コロイド懸濁液、銀および金
を含む薄い金属、銀およびカーボンで満たされたゲルおよびポリマ、イオンもし
くは電子工学的に導電性を持つポリマを含む。 特定の一実施形態では、本発明
での使用に適切な電極は、ペンシルベニア州フィラデルフィアのストックウェル
ラバー社によって生産されるストックウェルＲＴＶ６０‐ＣＯＮのように、シリ
コンラバー結合剤の中に８０％のカーボングリースと２０％のカーボンブラック
を含むものである。カーボングリースは、ジョージア州ケニソーのケムトロニク
ス社によって生産されるサーキットワークス７２００のような種類のものである
。導電性グリースは、さらに、ゲル状の導電性グリースを提供するために、ニュ
ーヨークのジェネラル・エレクトリック・オブ・ウォーターフォード社によって
生産されるシリコンエラストマＲＴＶ１１８のようなエラストマと混合されても
良い。
【０１０１】 或る電極材料が、特定のポリマとは上手く機能し、他のポリマとは上手く機能
しない場合があることが理解される。例えば、カーボンフィブリルは、アクリル
エラストマポリマとは上手く機能するが、シリコンポリマでは上手く機能しない
。ほとんどのトランスデューサについて、適合性電極に関する所望の特性は、低
弾性率、低機械的減衰、低表面抵抗、均一な抵抗、化学的および環境的安定性、
電気活性ポリマとの化学的互換性、電気活性ポリマへの良好な接着性、滑らかな
表面を形成する能力のいずれか一つを含むだろう。いくつかの場合では、電極材
料が、製造中の正確なパターニングに適していることが望ましいだろう。例えば
、適合性電極は、ポリマ上に噴霧コーティングされて良い。この場合、噴霧コー
ティングに利点となる材料特性が望ましい。いくつかの場合、本発明のトランス
デューサは、２つの異なる種類の電極を実装しても良い。例えば、本発明のダイ
ヤフラムアクチュエータは、上面に取り付けられた構造化電極と、下面側に蒸着
されたアスペクト比の大きいカーボン材料とを備えても良い。
【０１０２】 電子ドライバは、電極に接続される。電気活性ポリマに供給される電圧は、用
途の詳細によって異なるだろう。一実施形態では、本発明のトランスデューサは
、ＤＣバイアス電圧付近に印加電圧を調節することによって電気的に駆動される
。バイアス電圧付近に調節することにより、印加電圧に対するトランスデューサ
の感度と線形性が改善される。例えば、オーディオに用いられるトランスデュー
サは、約７５０〜２０００ボルトＤＣ範囲のバイアス電圧の頂点に関するピーク
ツーピーク電圧２００〜１０００ボルトまでの信号によって駆動されて良い。
【０１０３】 ６．用途 本発明は、ミクロおよびマクロスケール両方で、非常に様々なアクチュエータ
設計に実装可能なトランスデューサを含むため、本発明は、電気的エネルギが機
械的エネルギに変換される幅広い用途に用いることが可能である。以下は、上述
のアクチュエータの一部に関するいくつかの代表的な用途である。一般に、本発
明のトランスデューサとアクチュエータは、機械的エネルギから電気的エネルギ
への変換を必要とする任意の用途に用いることができる。
【０１０４】 上述のように、独立したもしくは機械的に集合体に組み込まれた電気活性ポリ
マは、人工筋肉と呼ぶことができる。人工筋肉という用語自体は、これらのアク
チュエータが、生物的に刺激を与えられるロボットもしくは生物医学的な用途の
ように（哺乳類その他の）筋肉の複製を用いることが望ましい用途での利用に適
していることを示唆する。例えば、義肢、外骨格、人工心臓のような用途に、本
発明のプリストレインドポリマが役立つかもしれない。電気活性ポリマのサイズ
拡張性と、集合体内で任意の数のトランスデューサもしくはポリマアクチュエー
タを用いる能力により、本発明にしたがった人工筋肉は、生物的な同等物よりも
広い範囲で用いることができる。本発明のトランスデューサおよびアクチュエー
タは、生物的な同等物よりもはるかに広い動作範囲を持つため、本発明は、実際
の筋肉に相当する動作を持つ人工筋肉に限定されず、実際の筋肉にはない動作を
必要とする用途を含んでも良い。
【０１０５】 人工筋肉の一例では、直線運動アクチュエータの集合体は、互いに折り重なり
、各ポリマの向かい合った端にある２つの剛性プレートに取り付けられた２つ以
上のプリストレインドポリマの層を含む。電極は、各ポリマ層の間の中央に封入
されている。集合体の中の直線運動アクチュエータはすべて、剛性プレートによ
って提供される幾何学的な制約と、異方性のプリストレインを利用して、作動方
向のポリマの変形を制限できる。層構造の利点は、必要な数の電気活性ポリマを
平行に積み上げれば、所望の力を生み出すことができる点である。さらに、この
直線運動アクチュエータの構成のストロークは、同様の直線運動アクチュエータ
を直列に加えることによって増大されても良い。
【０１０６】 ミクロの分野では、プリストレインポリマは、数マイクロメートル〜数ミリメ
ートルの範囲で良く、数マイクロメートル〜数百マイクロメートルが好ましい。
マイクロプリストレインドポリマは、インクジェット、作動バルブ、マイクロポ
ンプ、シャクトリムシ型アクチュエータ、ポインティングミラー、サウンドジェ
ネレータ、マイクロクランプ、マイクロロボットなどの用途に非常に適している
。マイクロロボットでの用途は、マイクロロボットの脚、握るための手段、ＣＣ
Ｄカメラ用のポインタアクチュエータ、マイクロ溶接および修理用のワイヤ供給
装置、固定した位置を保持するためのクランピングアクチュエータ、正確な距離
にわたってデータを伝送するための超音波アクチュエータを含む。他の用途では
、ダイヤフラムアクチュエータが、単一の表面上で２次元的に構成された同様の
電気活性ポリマダイヤフラムの配列内に実装されても良い。例えば、配列は、各
々が２次元構成に構成された１５０マイクロメートル直系のダイヤフラム６２個
を含んでも良い。一実施形態では、ダイヤフラムアクチュエータの配列は、シリ
コンウエハ上に形成されても良い。このように生成されたダイヤフラムアクチュ
エータの配列は、例えば、各々が６０〜１５０マイクロメートルの直径を持つ５
〜１０，０００もしくはそれ以上のダイヤフラムを含んでも良い。その配列は、
各ダイヤフラムに対して適切に離間した穴を持つグリッド板に配置されても良い
。
【０１０７】 マクロの分野では、上述のアクチュエータ各々が、それ自身の用途に非常に適
している。例えば、図２Ｉのシャクトリムシ型アクチュエータは、直径２ｃｍ以
下のパイプ内を進むことのできる小型ロボットでの利用に適している。他のアク
チュエータは、例えば、ロボット工学、ソレノイド、サウンドジェネレータ、線
形アクチュエータ、航空宇宙用アクチュエータ、一般的な自動化などの用途に適
している。
【０１０８】 別の実施形態では、本発明のトランスデューサは、光学的調節デバイスや光学
スイッチとして用いられる。そのトランスデューサは、変形に応じて不透明度が
変化する電極を備えている。透明もしくは実質的に半透明なプリストレインドポ
リマが、不透明度の変化する電極に取り付けられており、デバイスの不透明度を
調節するために、ポリマの変形が用いられる。光学スイッチの場合、不透明度の
変化するトランスデューサが、光センサと通信する光源を遮る。それゆえ、透明
のポリマが変形することにより、不透明度の変化する電極が変形、光センサに影
響を与える。特定の一実施形態では、不透明度の変化する電極は、電極領域が増
大しフィブリル密度が減少するにつれて不透明度が下がるカーボンフィブリルも
しくはカーボンナノチューブを含む。別の特定の実施形態では、電気活性ポリマ
と不透明度の変化する電極からなる光学的調節デバイスは、そのデバイスを通っ
て伝送された光の量を正確に調節するよう設計されても良い。
【０１０９】 ダイヤフラムアクチュエータは、ポンプ、バルブなどとして用いられても良い
。一実施形態では、プリストレインドポリマを備えたダイヤフラムアクチュエー
タは、ポンプとしての利用に適している。ポンプの動作は、ポリマの作動を繰り
返すことにより生み出される。本発明にしたがった電気活性ポリマポンプは、ミ
クロおよびマクロスケール両方に実装可能である。例えば、ダイヤフラムは、約
１５０マイクロメートル〜約２センチメートルの範囲の直径を持つポンプとして
使用可能である。これらのポンプは、１００％を超えて歪んだポリマを含んでも
良く、２０ｋＰａ以上の圧力を生み出すことが可能である。
【０１１０】 図６は、ダイヤフラムポンプ５４０および５４２を含んだ２段式のカスケード
式ポンピングシステムを、本発明の特定の一実施形態にしたがって示した図であ
る。ダイヤフラムポンプ５４０および５４２は、フレーム５４５および５４７に
取り付けられたプリストレインドポリマ５４４および５４６を含む。ポリマ５４
４および５４６はそれぞれ、フレーム５４５および５４７の穴５４８および５５
０内で、穴５４８および５５０の面に垂直の方向へ変形する。ポリマ５４４およ
び５４６に沿ったフレーム５４５および５４７は、空洞５５１および５５２を決
定する。ポンプ５４０は、空洞５５１方向へのバイアスをダイヤフラム５４４に
提供するためのバネ５６０を備えるプランジャ５５３を含む。
【０１１１】 １方向バルブ５５５は、空洞５５１への液体もしくは気体の流入を許可する。
１方向バルブ５５６は、空洞５５１から空洞５５２への液体もしくは気体の流出
を許可する。さらに、１方向バルブ５５８は、空洞５５２からの液体もしくは気
体の流出を許可する。ポリマ５４４および５４６の作動にあたって、ポリマが順
に変形、空洞５５１および５５２内の圧力がそれぞれ変化する。それにより、１
方向バルブ５５５から空洞５５１へ、バルブ５５６から空洞５５２へ、バルブ５
５８の外へと液体もしくは気体が移動する。
【０１１２】 図６の２段式のカスケード式ポンピングシステムでは、ダイヤフラムポンプ５
４２は、ダイヤフラムポンプ５４０からの圧力の掛かった出力がポンプ５４２に
バイアスをかけるため、バイアスを含まない。一実施形態では、ダイヤフラムポ
ンプのカスケード配列における第１のポンプのみが、バイアス圧力、もしくは自
吸のための他の機構を用いる。いくつかの実施形態では、或る配列で設けられた
ダイヤフラムポンプは、ポンプ効率を高めるために、電子計時によって提供され
た電圧を用いても良い。図６に示された実施形態では、ポリマ５４４および５４
６は、最良の動作をするために同時に作動される。カスケード内にさらに多くの
ダイヤフラムポンプを備える別の実施形態では、異なるアクチュエータ用の電子
計時は、１つのポンプが空洞の容積を縮小すると共に配列内の（１方向バルブに
よって連結する）次のポンプが拡張するように理想的に設定される。特定の一実
施形態では、ダイヤフラムポンプ５４０は、４０ｍｌ／分の速度と約１ｋＰａの
圧力で気体を供給し、ダイヤフラムポンプ５４２は、実質的に同じ流速で気体を
供給するが、圧力は２．５ｋＰａに増大する。
【０１１３】 図２Ｋ〜２Ｍに関して説明されたような曲がり梁アクチュエータは、ファン、
電気スイッチおよびリレー、光スキャナなどの様々な工業用および航空宇宙用の
デバイスおよび用途にミクロおよびマクロレベル両方で用いることができる光ス
キャナとして用いられる曲がり梁アクチュエータについては、アルミ処理したマ
イラのような反射面は、曲がり梁アクチュエータの自由端に接着可能である。よ
り詳細には、曲がり梁が作動されている際には光が反射され、曲がり梁が停止し
ている際には光が通過する。次に、反射体は、アクチュエータの変形にしたがっ
てアークもしくはラインを形成するために、入射光を反射し、スキャンされたビ
ームを形成するために用いられても良い。曲がり梁アクチュエータの配列は、さ
らに、表面上の熱伝達および／または光の吸収を制御するための「スマートなフ
ァー」として、低プロフィルのスピーカと振動サプレッサに対して表面の空気の
流れを制御するために、フラットパネルディスプレイに用いられても良いし、物
を動かすために調和して動く繊毛として機能しても良い。
【０１１４】 管状もしくは多層のシリンダに巻かれたポリマおよびポリマ膜は、作動の際に
軸方向に伸張するピストンとして実装されても良い。そのようなアクチュエータ
は、油圧もしくは空気圧ピストンと類似しており、これらの伝統的な形の線変形
を用いるデバイスもしくは用途すべてに実装可能である。
【０１１５】 電気活性ポリマアクチュエータは、さらに、サウンドジェネレータ、音響スピ
ーカ、インクジェットプリンタ、高速ＭＥＭＳスイッチなどを含む様々な用途に
対して高速で動作しても良い。特定の一実施形態では、電気活性ポリマダイヤフ
ラムは、光スキャナとして用いられる。より詳細には、鏡付き湾曲部分を提供す
るために、５ｍｍ直径の電気活性ポリマダイヤフラムを押し下げる湾曲部分に鏡
を設置しても良い。約１９０〜３００ボルトの範囲の電圧と約３０〜３００Ｈｚ
の範囲の周波数により、約１０〜３０度のスキャン角度で画像の良好なスキャニ
ングが実現可能である。また、さらに大きいスキャン角度（例えば、９０度）は
、４００〜５００Ｖの範囲の電圧を用いることにより適応される。さらに、より
高い周波数が、より堅い鏡付き湾曲部分と共に用いられても良い。
【０１１６】 ７．製造 プリストレインドポリマは、幅広い材料の様々なアクチュエータの設計におい
て、そして多様な用途において、ミクロおよびマクロのスケールの両方で実装可
能なため、本発明において使用される製造プロセスも、実に多様である。本発明
の一形態は、１つまたはそれ以上のプリストレインポリマを有した電気機械デバ
イスを製造する方法を提供する。
【０１１７】 図７Ａは、少なくとも１つの電気活性ポリマ層を有した電気機械デバイスを製
造するためのプロセスの流れ６００を、本発明の一実施形態にしたがって示した
フローチャートである。本発明にしたがったプロセスは、いくつかの追加のステ
ップを含んでも良いが、本発明を不明瞭にすることを避けるため、説明も図示も
していない。本発明の製造プロセスは、マイクロ電子機器や電子技術の製造にお
いて用いられている市販のポリマおよび技術のような従来の材料および技術を含
む場合もある。例えば、マイクロダイヤフラムアクチュエータは、穴を形成して
ポリマおよび電極を取り付ける従来の技術を用いてシリコン上に形成されても良
い。
【０１１８】 プロセスの流れ６００は、ポリマを受け取るもしくは製造することにより始ま
る（６０２）。ポリマは、いくつかの方法にしたがって受け取られても良いし製
造されても良い。一実施形態では、ポリマは、市販のアクリルエラストマ膜のよ
うな市販の製品である。別の実施形態では、ポリマは、鋳造、浸漬、回転塗布、
吹き付けの１つによって生産された膜である。一実施形態では、ポリマ全体に最
大の電場が印加されることを危うくすることにより性能を下げる厚さのばらつき
と他の欠陥すべてを最小限にするように、ポリマが生産される。
【０１１９】 回転塗布は通例、剛性基板にポリマ混合物を塗布する工程と、回転させて所望
の厚さにする工程とを含む。ポリマ混合物は、ポリマ、硬化剤、揮発性の分散剤
もしくは溶媒を含んで良い。分散剤の量、分散剤の揮発性、回転速度は、所望の
ポリマを生産するために変更可能である。例えば、ポリウレタン膜は、ポリウレ
タンおよびテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）もしくはシクロヘキサノンの溶液内で
回転塗布されて良い。シリコン基板の場合、ポリマは、アルミ処理したプラスチ
ックもしくは炭化ケイ素上に回転塗布されて良い。アルミニウムと炭化ケイ素は
、適切なエッチング液によって実質的に除去される犠牲層を形成する。１マイク
ロメートル厚の範囲の膜は、このように回転塗布によって生産されても良い。シ
リコンなどのポリマ膜の回転塗布は、ポリメタクリル酸メチルもしくはテフロン
（登録商標）のような滑らかな非固着性のプラスチック基板上に施されても良い
。次いで、ポリマ膜は、機械的なはく離工程によって、もしくはアルコールやそ
の他の適切なはく離剤を用いて、はく離されて良い。回転塗布は、さらに、１０
〜７５０マイクロメートルの範囲の厚いポリマの生産にも適している。いくつか
の場合では、ポリマ混合物は、工業用ポリマに用いられている充填物、微粒子、
色素などの異物を取り除くために、回転塗布前に遠心分離されてもよい。遠心分
離の効果を増大し、厚さの一貫性を改善するために、ポリマは、粘性を下げるよ
う溶媒で希釈されても良い。例えば、シリコンは、ナフサ内に分散されても良い
。
【０１２０】 次いで、ポリマは、１以上の方向にプリストレインされる（６０４）。一実施
形態では、ポリマを１以上の方向へ伸張し、歪んだ状態でそれを１以上の固形部
材（例えば、剛性プレート）に固定することにより、プリストレインが実現され
る。プリストレインを維持するための別の技術では、１つ以上の補強材を用いる
。補強材は、プリストレインされた状態、例えば、伸張された状態のポリマ上に
配置された長い剛性の構造である。補強材は、それらの軸方向のプリストレイン
を維持する。補強材は、トランスデューサの指向的な適合性を実現するために平
行もしくはその他の構成で配置されて良い。補強材の軸方向の剛性が増すと、プ
リストレイン方向へのポリマの剛性が増すだけでなく、補強材によって提供され
る剛性も増すことに注意されたい。
【０１２１】 プリストレインドポリマの表面は、テクスチャ加工されても良い。一実施形態
では、作動時に伸張できるよりもさらに大きくポリマを伸張させ、その状態のポ
リマ表面に薄膜状の硬い材料を蒸着する。例えば、硬い材料は、電気活性ポリマ
が伸張されている間に硬化されたポリマでも良い。硬化の後、電気活性ポリマは
緩められ、構造が曲がって、テクスチャ加工された表面を提供する。硬い材料の
厚さは、サブマイクロメートルのレベルを含む任意のスケールのテクスチャを提
供するために変更されても良い。別の実施形態では、テクスチャ加工された表面
は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって生成されても良い。例えば、ＲＩ
Ｅは、９０％の四フッ化炭素と１０％の酸素を含むＲＩＥガスを用いてシリコン
を含むプリストレインドポリマに対して施され、深さ４〜５マイクロメートルの
山と谷を持つ表面を形成する。
【０１２２】 次いで、１つ以上の電極がポリマ上に形成される（６０６）。上述のＲＩＥに
よって修正されたシリコンポリマについては、テクスチャ加工された電極を提供
するために、ＲＩＥテクスチャ加工表面に金の薄層がスパッタ蒸着されても良い
。別の実施形態では、１つ以上のグラファイト電極が、ステンシルを用いてパタ
ーニングされ蒸着されても良い。導電性シリコンと混合された導電性グリースを
含む電極は、導電性グリースと硬化していない導電性シリコンを溶媒に溶かすこ
とによって製造されても良い。次いで、溶液は、電気活性ポリマ材料の上に噴霧
されて良く、或る特定のパターンを実現するためにマスクもしくはステンシルを
含んでも良い。
【０１２３】 図３および４の構造化電極の金属トレースは、ポリマもしくは電荷分布層の上
部にフォトリソグラフィによってパターニングされて良い。例えば、金の層は、
金にフォトレジストを蒸着する前にスパッタ蒸着される。フォトレジストと金は
、従来のフォトリソグラフィ技術、例えば、マスクを用いた後にフォトレジスト
を除去するために１以上の洗浄を行う工程によってパターニングされても良い。
ポリマと金属トレースの間に付加された電荷分布層は、例えば、回転塗布によっ
て蒸着されても良い。
【０１２４】 特定の一実施形態では、構造化電極は、毎分約１５０オングストロームで（所
望の厚さに応じて）約２〜３分間、金をスパッタ蒸着することにより、ポリマ上
に形成される。次いで、コネチカット州ノーウォークのアーチケミカルズ社によ
って提供されているようなＨＰＲ５０６フォトレジストが、約５００〜１５００
ｒｐｍで約２０〜３０秒、金の上に回転塗布された後に、摂氏約９０度で焼かれ
る。次いで、フォトレジストの紫外線への曝露と現像の前に、マスクが塗布され
、フォトレジストのマスクされていない部分が除去される。次いで、金がエッチ
ングされ、膜は洗浄される。残りのフォトレジストは、紫外線への曝露、現像、
洗浄によって除去される。次いで、金トレースは、ひずみ耐性を高めるために伸
張されて良い。
【０１２５】 本発明のテクスチャ加工された電極もまた、フォトリソグラフィによってパタ
ーニングされて良い。この場合、フォトレジストは、プリストレインドポリマ上
に蒸着され、マスクを用いてパターニングされる。プラズマエッチングは、所望
のパターンでマスクによって保護されていない電気活性ポリマの一部を除去する
ことができる。続いて、マスクは、適切なウェットエッチングによって除去でき
る。次いで、ポリマの活性表面は、例えば、スパッタリングによって蒸着された
金の薄層で被覆されても良い。
【０１２６】 トランスデューサは、１つ以上のポリマ層と電極を含んでおり、用途に応じて
パッケージングされる（６０８）。また、パッケージングは、機械的につながっ
た、もしくは複数の層として重ねられた複数のトランスデューサのアセンブリを
含んでも良い。さらに、トランスデューサへの機械的および電気的接続が、用途
に応じて形成されて良い。
【０１２７】 本発明は、さらに、複数のプリストレインポリマ層を有した電気機械デバイス
を製造する代替方法を提供する。一実施形態では、電気機械デバイスを製造する
プロセスが、ポリマ層を取得もしくは製造することによって始まる。次いで、ポ
リマは、所望のプリストレインに伸張され、第１の剛性フレームに取り付けられ
る。アクティブ領域を規定し、電気的接続を確立するために、ポリマの両側に次
の電極が蒸着される。電極は、マスクを通しての噴霧コーティングのような様々
な従来の技術によってパターニングされて良い。必要ならば、次いで、第２のポ
リマ層が第２のフレーム上に伸張される。次いで、この第２のポリマ層の上に電
極がパターニングされる。次いで、第２のポリマ層は、それぞれのフレームを積
み重ねることにより第１の層に接続される。必要ならば、２つの層および電極を
接着するために、適切な適合性接着剤の層が用いられても良い。フレームのサイ
ズは、ポリマ層が密接に接触することを妨げないように選択される。妨害が生じ
る場合には、例えば、第１のフレームの周囲のポリマ層を切除することにより、
第２のフレームを除去することが望ましい。必要ならば、電極を備える第３のポ
リマ層が、第１の層に第２の層が付加された方法と同様にして追加されても良い
。この手順は、所望の数の層に達するまで継続して良い。
【０１２８】 次いで、剛性フレーム、剛性部材、もしくはその他の電気的および機械的なコ
ネクタが、例えば、接着によってポリマ層に取り付けられる。必要ならば、次い
で、第１のフレームからポリマが除去されても良い。いくつかの場合では、第１
のフレームが、最後のアクチュエータの構造部として働いても良い。例えば、第
１のフレームは、ダイヤフラムアクチュエータの配列を形成するために穴の配列
であっても良い。
【０１２９】 図７Ｂ〜図７Ｆは、複数の電気活性ポリマ層を有した電気機械デバイス６４０
を製造するための第２のプロセスを、本発明の別の実施形態にしたがって示した
図である。本発明にしたがったプロセスは、いくつかの追加のステップを含んで
も良いが、本発明を不明瞭にすることを避けるため、説明も図示もしていない。
そのプロセスは、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）ディスク上にポ
リマを回転塗布する工程と、ポリマを伸張する（図７Ｂ）工程と、剛性基板６２
４に取り付ける工程によって、適切な剛性基板６２４上にプリストレインドポリ
マ６２２を形成することにより始まる。ポリマ６２２が硬化された後、ポリマ６
２２の露出面６２６上に、電極６２５がパターニングされる。次いで、ポリイミ
ド、マイラ、アセテートの内の１つを含む可撓性の膜のような固形部材６２７が
、適切な接着剤６２８で電気活性ポリマ６２２上に蒸着される（図７Ｃ）。
【０１３０】 次いで、剛性基板６２４は、電気活性ポリマ６２２からはく離される（図７Ｄ
）。はく離を促進するために、イソプロピルアルコールのようなはく離剤が用い
られても良い。次いで、ポリマ６２２のあらかじめ露出されていない面に、電極
６２９がパターニングされる。次いで、剛性基板６３１に取り付けられた別の電
気活性ポリマ層６３０に、アセンブリが接着される。ポリマ層６２２および６３
０は、例えば、ＧＥ ＲＴＶ１１８シリコンを含む接着層６３２によって接着さ
れても良い。次いで、剛性基板６３１がポリマ６３０からはく離され、ポリマ６
３０の利用可能な面６３４に電極６３３がパターニングされる。追加のポリマ層
が必要であれば、ポリマ層を追加し、剛性基板を除去し、電極を追加するステッ
プを、所望の数のポリマ層を形成するまで繰り返せば良い。ポリマ層６３５は、
このように追加されたものである。デバイス６４０の内部の層にある電極への電
気の伝達を促進するために、金属ピンを構造内に貫通させて、各層の電極と接触
させても良い。
【０１３１】 次いで、特定のアクチュエータによって必要とされるフレームもしくは機械的
接続を提供するための必要に応じて、固形部材６２７がパターニングもしくは除
去されても良い。一実施形態では、ダイヤフラムアクチュエータは、適切なマス
クもしくはエッチング技術を用いて、電気機械デバイス６４０にアクティブ領域
を提供する穴６３６を形成するために固形部材６２７をパターニングすることに
より形成されても良い。別の実施形態では、アクティブ領域が広くなく、損傷な
しにポリマのアクティブ領域に電極を追加できる場合には、固形部材６２７は、
ポリマ６２２への取り付け前に穴６３６によってパターニングされても良い。
【０１３２】 図７Ｂ〜Ｆのプロセスについては、剛性基板６２４は通例、可撓性の電気活性
ポリマをはく離することにより電気活性ポリマ６２２からはく離される。はく離
は、実質的に平面のプロフィルを持つ電気活性ポリマを含むデバイスを製造する
のに適している。別の実施形態では、はく離を容易にするために、ポリマもしく
は電極と剛性基板との間に、犠牲層が用いられても良い。犠牲層を用いると、犠
牲層をエッチング除去することにより、ポリマ、電極、取り付けアセンブリを剛
性基板からはく離することができる。例えば、アルミニウムと銀を含む金属は、
犠牲層としての使用に適している。金属を用いると、ポリマ層に影響を与えない
液体によって、犠牲層をエッチング除去することができる。金属の犠牲層は、さ
らに、電気機械デバイス６４０の他の構造要素のためのフレームやコネクタを提
供するために、様々なマスキング技術によって容易にパターニングされることが
可能である。犠牲層は、さらに、例えば、管状の剛性基板を用いるような、平面
でないプロフィルを持つトランスデューサを備えるデバイスの製造に用いられて
も良い。幾何学的に複雑なトランスデューサについては、複雑な形状を形成する
ために、浸漬コーティングと組み合わせて犠牲層が用いられても良い。
【０１３３】 いくつかの特定の例にしたがってプリストレインドポリマの製造に関して簡単
に説明したが、本発明の製造プロセスおよび技術は、上述の任意のアクチュエー
タもしくは用途に応じて変化しても良い。例えば、特定の一実施形態にしたがっ
てダイヤフラムアクチュエータを製造するプロセスは、構造化電極がポリマ上に
製造される前に基板上にポリマを回転塗布する工程を含んでも良い。次いで、ポ
リマが伸張され、各ダイヤフラムアクチュエータのアクティブ領域サイズの１つ
以上の穴を含む剛性フレームが、構造化電極の重複部分すべてを含むプリストレ
インドポリマに接着される。別の実施形態では、例えば、基板がシリコンである
場合に、別々の剛性フレームを用いる代わりに、基板内に穴がエッチングされる
。次いで、基板がポリマからはく離され、ポリマの下面側に電極が取り付けられ
る。
【０１３４】 ８．結論 本発明は、いくつかの好ましい実施形態に即して説明され、簡単のために省略
したが、本発明の範囲内の変更、置換、等価物が存在する。例えば、本発明は、
様々な多数の応用材料の電極に即して説明されたが、本発明は、これらの材料に
限定されず、空気を電極として備える場合もある。したがって、本発明の範囲は
、添付の請求項を参照して決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 電圧を印加される前および後におけるトランスデューサを、本発明の一実施形
態にしたがって示した上面図である。
【図１Ｂ】 電圧を印加される前および後におけるトランスデューサを、本発明の一実施形
態にしたがって示した上面図である。
【図１Ｃ】 波状の外形を有した電気活性ポリマに関し、テクスチャ加工された表面を示し
た図である。
【図１Ｄ】 ランダムなテクスチャを有したテクスチャ加工された表面を含む電気活性ポリ
マを示した図である。
【図１Ｅ】 電気活性ポリマを含んだダイヤフラムアクチュエータの電圧印加前における状
態を、本発明の一実施形態にしたがって示した横断面図である。
【図１Ｆ】 図１Ｅの電気活性ポリマダイヤフラムの電圧印加後における状態を、本発明の
一実施形態にしたがって示した横断面図である。
【図２Ａ】 バウアクチュエータの作動前および作動後における状態を、本発明の特定の一
実施形態にしたがって示した図である。
【図２Ｂ】 バウアクチュエータの作動前および作動後における状態を、本発明の特定の一
実施形態にしたがって示した図である。
【図２Ｃ】 変形を改善させるコンポーネントを追加されたバウアクチュエータを、本発明
の特定の一実施形態にしたがって示した図である。
【図２Ｄ】 直線運動アクチュエータの作動前および作動後における状態を、本発明の特定
の一実施形態にしたがって示した図である。
【図２Ｅ】 直線運動アクチュエータの作動前および作動後における状態を、本発明の特定
の一実施形態にしたがって示した図である。
【図２Ｆ】 複数のポリマ層を含んだアクチュエータを、本発明の一実施形態にしたがって
示した横断面図である。
【図２Ｇ】 人工筋肉の一例としての積層形の多層アクチュエータを、本発明の一実施形態
にしたがって示した図である。
【図２Ｈ】 電気活性ポリマのダイヤフラムを含んだ線形アクチュエータを、本発明の別の
一実施形態にしたがって示した図である。
【図２Ｉ】 ロール状の電気活性ポリマを含んだシャクトリムシ型アクチュエータを、本発
明の一実施形態にしたがって示した図である。
【図２Ｊ】 １方向への変形を提供するための伸張膜アクチュエータを、本発明の別の一実
施形態にしたがって示した図である。
【図２Ｋ】 曲がり梁アクチュエータを、本発明の別の一実施形態にしたがって示した図で
ある。
【図２Ｌ】 図２Ｋの曲がり梁アクチュエータを９０度の曲げ角度で曲げた状態を示した図
である。
【図２Ｍ】 ２つのポリマ層を含む曲がり梁アクチュエータを、本発明の別の一実施形態に
したがって示した図である。
【図３】 適合性が１方向性である構造化電極を、本発明の特定の一実施形態にしたがっ
て示した図である。
【図４】 適合性が指向性でない構造化電極を備えるプリストレインドポリマを、本発明
の特定の一実施形態にしたがって示した図である。
【図５】 テクスチャ加工された電極を、本発明の一実施形態にしたがって示した図であ
る。
【図６】 ２つのダイヤフラムアクチュエータポンプを含んだ２段式のカスケード式ポン
ピングシステムを、本発明の特定の一実施形態にしたがって示した図である。
【図７Ａ】 少なくとも１つのプリストレインドポリマを有した電気機械デバイスを製造す
るためのプロセスを、本発明の一実施形態にしたがって示したフローチャートで
ある。
【図７Ｂ】 複数のポリマ層を有した電気機械デバイスを製造するためのプロセスを、本発
明の一実施形態にしたがって示した図である。
【図７Ｃ】 複数のポリマ層を有した電気機械デバイスを製造するためのプロセスを、本発
明の一実施形態にしたがって示した図である。
【図７Ｄ】 複数のポリマ層を有した電気機械デバイスを製造するためのプロセスを、本発
明の一実施形態にしたがって示した図である。
【図７Ｅ】 複数のポリマ層を有した電気機械デバイスを製造するためのプロセスを、本発
明の一実施形態にしたがって示した図である。
【図７Ｆ】 複数のポリマ層を有した電気機械デバイスを製造するためのプロセスを、本発
明の一実施形態にしたがって示した図である。
【符号の説明】
１００ トランスデューサ １０２ ポリマ １０４ トップ電極 １０６ ボトム電極 １０８ 方向 １１０ 方向 １３０ ダイヤフラムアクチュエータ １３１ プリストレインドポリマ １３２ フレーム １３３ 円形の穴 １３４ 円形電極 １３６ 円形電極 １３７ 高さ １３９ 穴の直径 １４１ 下面側 １４３ 矢印 １４７ 角度 １５０ テクスチャ加工された表面 １５２ 電気活性ポリマ １５４ 表面の波 １５５ 方向 １５６ 剛性材料 １６０ 電気活性ポリマ １６１ 粗面 ２００ バウアクチュエータ ２０２ フレーム ２０４ 剛体部材 ２０５ ジョイント ２０６ ポリマ ２０７ 電極 ２０８ 方向 ２１０ 方向 ２１１ 負荷 ２２０ バネ ２３０ 直線運動アクチュエータ ２３１ ポリマ ２３２ 剛体部材 ２３３ 長さ ２３４ 幅 ２３５ 方向 ２３６ 方向 ２４０ 多層アクチュエータ ２４１ プリストレインドポリマ ２４２ 剛性フレーム ２４３ 電極 ２４４ 電極 ２４５ 多層ダイヤフラムアクチュエータ ２４６ ポリマ層 ２４７ 接着層 ２４８ 電極 ２４９ 電極 ２５０ プレート ２５１ 穴 ２５５ 線形アクチュエータ ２５６ ダイヤフラム ２５７ 出力シャフト ２５８ 穴 ２５９ 矢印 ２６０ バネ要素 ２６１ フレーム ２６２ シャクトリムシ型アクチュエータ ２６３ ポリマ層 ２６４ 静電クランプ ２６５ 静電クランプ ２６６ ボディ ２６７ 接続領域 ２６８ 金属面 ２６９ 絶縁接着剤 ２７０ 伸張膜アクチュエータ ２７１ 剛性フレーム ２７２ 穴 ２７３ プリストレインドポリマ ２７４ 剛体バー ２７５ 電極対 ２７６ 電極対 ２７９ ストローク ２８０ 曲がり梁アクチュエータ ２８２ 剛体サポート ２８１ ポリマ ２８３ 薄膜材料 ２８４ 電極 ２８５ 電極 ２８６ 上面 ２８７ 下面 ２８８ 自由端 ２９０ 曲がり梁アクチュエータ ２９１ プリストレインドポリマ ２９２ プリストレインドポリマ ２９３ トップ電極 ２９４ ボトム電極 ２９５ 電極 ２９６ 剛体サポート ２９７ 半径方向 ２９８ 直線方向 ２９９ 自由端 ５００ ポリマ ５０１ 構造化電極 ５０２ 金属トレース ５０３ 電荷分布層 ５１０ プリストレインドポリマ ５１２ 金属トレース ５１４ 方向 ５１６ 方向 ５２０ テクスチャ加工された電極 ５２１ テクスチャ加工された電極 ５２２ ポリマ ５２６ 方向 ５４０ ダイヤフラムポンプ ５４２ ダイヤフラムポンプ ５４４ プリストレインドポリマ ５４５ フレーム ５４６ プリストレインドポリマ ５４７ フレーム ５４８ 穴 ５５０ 穴 ５５１ 空洞 ５５２ 空洞 ５５３ プランジャ ５５５ １方向バルブ ５５６ １方向バルブ ５５８ １方向バルブ ５６０ バネ ６２２ プリストレインドポリマ ６２４ 剛性基板 ６２５ 電極 ６２６ 露出面 ６２７ 固形部材 ６２８ 接着剤 ６２９ 電極 ６３０ 電気活性ポリマ層 ６３１ 剛性基板 ６３２ 接着層 ６３３ 電極 ６３４ 利用可能な面 ６３５ ポリマ層 ６３６ 穴 ６４０ 電気機械デバイス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ６０／１６１，３２５ (32)優先日 平成11年10月25日(1999．10．25) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ６０／１８１，４０４ (32)優先日 平成12年２月９日(2000．2．9) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ６０／１８７，８０９ (32)優先日 平成12年３月８日(2000．3．8) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ６０／１９２，２３７ (32)優先日 平成12年３月27日(2000．3．27) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ペイ・キビング アメリカ合衆国 カリフォルニア州94539 フリモント，パセオ・パドレ・パークウ ェイ，46170 (72)発明者 オー・シージン アメリカ合衆国 カリフォルニア州94303 パロ・アルト，グリアー・ロード，2915 (72)発明者 ジョゼフ・ホゼ・ピー アメリカ合衆国 カリフォルニア州94306 パロ・アルト，ウェイバリー・ストリー ト，3276

Claims (99)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気エネルギを機械エネルギに変換するためのトランスデュ
    ーサであって、 少なくとも２つの電極と、 電場の変化に応じて一部分が変形するように構成され、前記一部分は弾性的に
    プリストレインされているポリマと、 を備えるトランスデューサ。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記トランスデューサは、前記電場の変化に応じて少なくとも約５０％の最大
    線ひずみを有するトランスデューサ。
  3. 【請求項３】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記トランスデューサは、前記電場の変化に応じて少なくとも約１００％の最
    大線ひずみを有するトランスデューサ。
  4. 【請求項４】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記トランスデューサは、前記電場の変化に応じて少なくとも約１００％の最
    大面ひずみを有するトランスデューサ。
  5. 【請求項５】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記プリストレインは、第２の直交方向に加えられるプリストレインを超える
    大きさで第１の直交方向に加えられるトランスデューサ。
  6. 【請求項６】 請求項５記載のトランスデューサであって、 前記第１の直交方向に加えられる前記プリストレインは、前記第２の直交方向
    への変形を強化させるために使用されるトランスデューサ。
  7. 【請求項７】 請求項６記載のトランスデューサであって、 前記ポリマは、もとの面積の約１．５倍〜５０倍の範囲にある係数によってプ
    リストレインされるトランスデューサ。
  8. 【請求項８】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記ポリマは、シリコンゴムおよびアクリルのうちの１つを備えるトランスデ
    ューサ。
  9. 【請求項９】 請求項１記載のトランスデューサであって、さらに、 障壁層を備えるトランスデューサ。
  10. 【請求項１０】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記ポリマは、テクスチャ加工された表面を備えるトランスデューサ。
  11. 【請求項１１】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記ポリマは、約１１マイクロメートル〜２ミリメートルの厚さを有するトラ
    ンスデューサ。
  12. 【請求項１２】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記ポリマは、市販のシリコンエラストマ、ポリウレタン、ＰＶＤＦコポリマ
    、または接着性エラストマのうちの１つであるトランスデューサ。
  13. 【請求項１３】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記電場の変化は、最大で約４４０ＭＶ／ｍであるトランスデューサ。
  14. 【請求項１４】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記ポリマは、約０．１Ｐａ〜約１０ＭＰａの最大作動圧力を有するトランス
    デューサ。
  15. 【請求項１５】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記ポリマは、約１００ｋＨｚ未満の動作周波数を有するトランスデューサ。
  16. 【請求項１６】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記ポリマは、約１００ＭＰａ未満の弾性率を有するトランスデューサ。
  17. 【請求項１７】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記ポリマの前記一部分は、前記電場の変化に応じて変形して前記ポリマの平
    面からそれるトランスデューサ。
  18. 【請求項１８】 請求項１記載のトランスデューサであって、さらに、 前記ポリマの一部分に取り付けられた剛性部材を備えるトランスデューサ。
  19. 【請求項１９】 請求項１８記載のトランスデューサであって、 前記剛性部材はフレーム内に含まれるトランスデューサ。
  20. 【請求項２０】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記少なくとも２つの電極は適合性があるトランスデューサ。
  21. 【請求項２１】 請求項１記載のトランスデューサであって、さらに、 前記第１のプリストレインドポリマに結合され、電場の第２の変化に応じて一
    部分が変形するように構成された第２のポリマを備えるトランスデューサ。
  22. 【請求項２２】 請求項２１記載のトランスデューサであって、 前記第２のポリマは、前記第１および第２のポリマが同じ変形を有するように
    前記第１のポリマに機械的に結合されるトランスデューサ。
  23. 【請求項２３】 請求項１記載のトランスデューサであって、 前記トランスデューサは人工筋肉に含まれるトランスデューサ。
  24. 【請求項２４】 電気エネルギを機械エネルギに変換するためのトランスデ
    ューサであって、 少なくとも２つの電極と、 前記少なくとも２つの電極によって提供される電場の変化に応じて一部分が変
    形するように構成され、前記一部分は、前記電場の変化に応じて約５０％〜約２
    １５％の最大線ひずみで変形するポリマと、 を備えるトランスデューサ。
  25. 【請求項２５】 請求項２４記載のトランスデューサであって、 前記ポリマは、シリコンゴムおよびアクリルのうちの１つを備えるトランスデ
    ューサ。
  26. 【請求項２６】 請求項２４記載のトランスデューサであって、 前記ポリマは、市販のシリコンエラストマ、ポリウレタン、ＰＶＤＦコポリマ
    、または接着性エラストマのうちの１つであるトランスデューサ。
  27. 【請求項２７】 電気エネルギを第１の方向への変位に変換するためのアク
    チュエータであって、 少なくとも２つの電極と、電場の変化に応じて一部分が変形するように構成さ
    れたポリマと、をそれぞれ備える少なくとも１つのトランスデューサと、 前記ポリマに結合され、前記第１の方向への変位を改善するために機械的な補
    助を提供する可撓性フレームと、 を備えるアクチュエータ。
  28. 【請求項２８】 請求項２７記載のアクチュエータであって、 前記機械的な補助は１組のバネを備えるアクチュエータ。
  29. 【請求項２９】 請求項２７記載のアクチュエータであって、 前記機械的な補助は、前記アクチュエータの静止位置を変化させるアクチュエ
    ータ。
  30. 【請求項３０】 請求項２７記載のアクチュエータであって、 前記ポリマはプリストレインを備えるアクチュエータ。
  31. 【請求項３１】 請求項３０記載のアクチュエータであって、 前記ポリマは、前記第１の方向への変位を改善する第２の方向へのプリストレ
    インを備えるアクチュエータ。
  32. 【請求項３２】 請求項３１記載のアクチュエータであって、 前記アクチュエータは、前記電場に応じて前記第２の方向に収縮するアクチュ
    エータ。
  33. 【請求項３３】 請求項３２記載のアクチュエータであって、 前記可撓性フレームは、前記第２の方向へのポリマの変形を前記第１の方向へ
    の変位に結合させるアクチュエータ。
  34. 【請求項３４】 電気エネルギを機械エネルギに変換するためのアクチュエ
    ータであって、 固定端と自由端とを有した可撓性部材を備え、前記可撓性部材は、少なくとも
    ２つの電極と、前記少なくとも２つの電極によって提供される電場の変化に応じ
    て一部分が変形するように構成されたプリストレインドポリマと、を備えるアク
    チュエータ。
  35. 【請求項３５】 請求項３４記載のアクチュエータであって、 前記可撓性部材は第２のトランスデューサであるアクチュエータ。
  36. 【請求項３６】 請求項３５記載のアクチュエータであって、 前記自由端の自由度は２であるアクチュエータ。
  37. 【請求項３７】 請求項３４記載のアクチュエータであって、 前記可撓性部材は、前記ポリマよりも大きい剛性を有するアクチュエータ。
  38. 【請求項３８】 電気エネルギを第１の方向への変位に変換するためのアク
    チュエータであって、 少なくとも２つの電極と、電場の変化に応じて一部分が変形するように構成さ
    れたポリマと、をそれぞれ備える少なくとも１つのトランスデューサと、 前記少なくとも１つのトランスデューサに結合され、第２の方向への変位を実
    質的に阻止する少なくとも１つの剛性部材と、 を備えるアクチュエータ。
  39. 【請求項３９】 請求項３８記載のアクチュエータであって、 前記ポリマは、ある１方向への適合性の方が第２の方向への適合性よりも大き
    いアクチュエータ。
  40. 【請求項４０】 請求項３８記載のアクチュエータであって、 前記ポリマは、少なくとも４：１のアスペクト比を有するアクチュエータ。
  41. 【請求項４１】 電気エネルギを機械エネルギに変換するためのダイヤフラ
    ムアクチュエータであって、 少なくとも２つの電極と、電場の変化に応じて第１の部分が変形するように構
    成されたプリストレインドポリマと、をそれぞれ備える少なくとも１つのトラン
    スデューサと、 前記ポリマの第２の部分に取り付けられ、少なくとも１つの円形の穴を備えた
    フレームと、 を備え、前記第１の部分は、前記電場の変化に応じて変形して前記少なくとも
    １つの円形の穴の平面からそれるアクチュエータ。
  42. 【請求項４２】 請求項４１記載のアクチュエータであって、さらに、 前記ポリマの第１の側面に加えられたバイアス圧力を備えるアクチュエータ。
  43. 【請求項４３】 請求項４２記載のアクチュエータであって、 前記バイアス圧力は膨張剤によって提供されるアクチュエータ。
  44. 【請求項４４】 請求項４１記載のアクチュエータであって、 前記ダイヤフラムアクチュエータはポンプに含まれるアクチュエータ。
  45. 【請求項４５】 請求項４１記載のアクチュエータであって、 前記第１の部分は、前記穴を通して少なくとも部分的に変形するアクチュエー
    タ。
  46. 【請求項４６】 請求項４５記載のアクチュエータであって、 前記第１の部分は、前記穴を通して前記穴の直径の半分を超える高さまで少な
    くとも部分的に変形するアクチュエータ。
  47. 【請求項４７】 請求項４１記載のアクチュエータであって、 前記ダイヤフラムアクチュエータは、線出力を提供するために使用されるアク
    チュエータ。
  48. 【請求項４８】 請求項４１記載のアクチュエータであって、 前記ダイヤフラムアクチュエータは、複数のダイヤフラムアクチュエータの配
    列に含まれるアクチュエータ。
  49. 【請求項４９】 電気エネルギを機械エネルギに変換するためのアクチュエ
    ータであって、 第１のボディ部分と第２のボディ部分との間に少なくとも自由度１を有したボ
    ディを備え、前記ボディは、前記第１の部分および前記第２の部分に取り付けら
    れた少なくとも１つのトランスデューサを含み、各トランスデューサは、少なく
    とも２つの電極と、電場の変化に応じて一部分が変形するように構成されたプリ
    ストレインドポリマと、を備え、前記アクチュエータは、また、前記第１のボデ
    ィ部分に取り付けられた第１のクランプと、前記第２のボディ部分に取り付けら
    れた第２のクランプと、を備えるアクチュエータ。
  50. 【請求項５０】 請求項４９記載のアクチュエータであって、 前記ポリマは巻かれるアクチュエータ。
  51. 【請求項５１】 請求項４９記載のアクチュエータであって、 前記第１および第２のクランプは静電クランプであるアクチュエータ。
  52. 【請求項５２】 電気エネルギを機械エネルギに変換するためのアクチュエ
    ータであって、 トランスデューサを備え、前記トランスデューサは、電場の変化に応じて第１
    の部分が変形するように構成されたポリマと、前記ポリマの第２の部分を作動さ
    せるように構成された第１の電極対と、前記ポリマの第３の部分を作動させるよ
    うに構成された第２の電極対と、を備え、前記アクチュエータは、また、前記ポ
    リマの第１の部分に結合された出力部材を備えるアクチュエータ。
  53. 【請求項５３】 電気活性ポリマとともに使用される電極であって、 前記電気活性ポリマに接し、少なくとも約５０％の最大線ひずみによって変形
    することができる適合性の部分を備える電極。
  54. 【請求項５４】 請求項５３記載の電極であって、 前記部分は、ある１方向への適合性の方が第２の方向への適合性よりも大きい
    電極。
  55. 【請求項５５】 請求項５３記載の電極であって、 前記適合性の部分は、高導電率の１つまたはそれ以上の領域と、低導電率の１
    つまたはそれ以上の領域と、を備える電極。
  56. 【請求項５６】 請求項５５記載の電極であって、 前記高導電率の領域は、１組の金属微量成分を含む電極。
  57. 【請求項５７】 請求項５６記載の電極であって、 前記金属微量成分は、１つまたはそれ以上の専門のアクティブ領域を形成する
    電極。
  58. 【請求項５８】 請求項５３記載の電極であって、 前記電極はコロイド懸濁液を備える電極。
  59. 【請求項５９】 請求項５３記載の電極であって、 前記電極は導電性のグリースを備える電極。
  60. 【請求項６０】 請求項５３記載の電極であって、 前記電極はテクスチャ加工された電極である電極。
  61. 【請求項６１】 請求項５３記載の電極であって、 前記電極は、変形にともなって変化する不透明度を備える電極。
  62. 【請求項６２】 請求項５３記載の電極であって、 前記電極は、高アスペクト比の炭素材料を備える電極。
  63. 【請求項６３】 請求項５３記載の電極であって、 前記電極は、イオンによる導電性材料からなる混合物を備える電極。
  64. 【請求項６４】 請求項５３記載の電極であって、 前記電極は導電性のポリマを備える電極。
  65. 【請求項６５】 電気活性ポリマとともに使用される電極であって、 前記電気活性ポリマに接し、変形にともなって変化する不透明度を備える適合
    性の部分を備える電極。
  66. 【請求項６６】 請求項６５記載の電極であって、 前記電極は、光スイッチにおいて使用される電極。
  67. 【請求項６７】 請求項６５記載の電極であって、 前記電極は、２次元の変形にともなって変化する不透明度を備える電極。
  68. 【請求項６８】 請求項６７記載の電極であって、 前記電極はカーボンフィブリルを備える電極。
  69. 【請求項６９】 電気活性ポリマとともに使用される電極であって、 前記電気活性ポリマに接し、テクスチャ加工された表面を備える適合性の部分
    を備える電極。
  70. 【請求項７０】 請求項６９記載の電極であって、さらに、 前記電極と前記ポリマとの間に堆積された障壁層を備える電極。
  71. 【請求項７１】 請求項６９記載の電極であって、 前記電極は金属を備える電極。
  72. 【請求項７２】 請求項６９記載の電極であって、 前記電極は、深さが４〜５マイクロメートルの波の山および谷を有した表面を
    備える電極。
  73. 【請求項７３】 通過する光の量を変調するための光変調デバイスであって
    、 少なくとも１つの不透明度が可変な電極と、 電場の変化に応じて一部分が変形するように構成されたポリマと、 を備えるデバイス。
  74. 【請求項７４】 請求項７３記載のデバイスであって、 前記デバイスは光スイッチに含まれるデバイス。
  75. 【請求項７５】 請求項７３記載のデバイスであって、 前記ポリマは、透明であるかまたは実質的に半透明であるデバイス。
  76. 【請求項７６】 請求項７３記載のデバイスであって、 前記電極はカーボンフィブリルを備えるデバイス。
  77. 【請求項７７】 請求項７３記載のデバイスであって、 前記電極は、電極の面積の増大にともなって不透明さを減少させるデバイス。
  78. 【請求項７８】 プリストレインドポリマと、１つまたはそれ以上の電極と
    、を備えるトランスデューサを製造する方法であって、 ポリマの一部分をプリストレインし、前記プリストレインドポリマを形成する
    工程と、 前記プリストレインドポリマの第２の部分を固形部材に固定する工程と、 前記プリストレインドポリマ上に前記１つまたはそれ以上の電極を形成する工
    程と、 を備える方法。
  79. 【請求項７９】 請求項７８記載の方法であって、 前記プリストレインドポリマは弾性的にプリストレインされている方法。
  80. 【請求項８０】 請求項７８記載の方法であって、 前記ポリマは、市販のシリコンエラストマ、ポリウレタン、ＰＶＤＦコポリマ
    、または接着性エラストマのうちの１つである方法。
  81. 【請求項８１】 請求項７８記載の方法であって、さらに、 ポリマ混合物を回転塗布することによって前記ポリマを作成する工程を含む方
    法。
  82. 【請求項８２】 請求項８１記載の方法であって、さらに、 前記回転塗布において使用された剛性基板から前記ポリマをはく離する工程を
    備える方法。
  83. 【請求項８３】 請求項７８記載の方法であって、さらに、 前記ポリマの表面をテクスチャ加工する工程を備える方法。
  84. 【請求項８４】 請求項８３記載の方法であって、 前記テクスチャ加工の工程は、剛性材料からなる層を前記ポリマに取り付け、
    前記ポリマおよび前記剛性材料を弛緩させることを含む方法。
  85. 【請求項８５】 請求項７８記載の方法であって、 前記１つまたはそれ以上の電極を形成する工程は、マスクを使用して、前記１
    つまたはそれ以上の電極を前記プリストレインドポリマに噴き付けることを含む
    方法。
  86. 【請求項８６】 請求項７８記載の方法であって、 前記１つまたはそれ以上の電極は、フォトリソグラフィによって前記プリスト
    レインドポリマ上にパターン形成される方法。
  87. 【請求項８７】 請求項７８記載の方法であって、さらに、 前記固形部材を、第２のプリストレインドポリマの一部分に取り付ける工程を
    備える方法。
  88. 【請求項８８】 請求項７８記載の方法であって、さらに、 前記ポリマと前記１つまたはそれ以上の電極とをアクチュエータ内で組み立て
    る工程を備える方法。
  89. 【請求項８９】 請求項７８記載の方法であって、 前記ポリマをプリストレインする工程は、構造的なエラストマを前記プリスト
    レインドポリマに取り付けることを含む方法。
  90. 【請求項９０】 請求項８９記載の方法であって、 前記構造的なエラストマはパターン形成されている方法。
  91. 【請求項９１】 請求項７８記載の方法であって、 前記ポリマをプリストレインする工程は、１つまたはそれ以上の補強材を取り
    付けることを含む方法。
  92. 【請求項９２】 請求項７８記載の方法であって、 前記ポリマは、もとの面積の約１．５倍〜５０倍の範囲にある係数によってプ
    リストレインされる方法。
  93. 【請求項９３】 複数のプリストレインドポリマを備えたトランスデューサ
    を製造する方法であって、 （ａ）第１のポリマをプリストレインし、第１のプリストレインドポリマを形
    成する工程と、 （ｂ）前記第１のプリストレインドポリマ上に１つまたはそれ以上の電極を形
    成する工程と、 （ｃ）第２のポリマをプリストレインし、第２のプリストレインドポリマを形
    成する工程と、 （ｄ）前記第２のプリストレインドポリマ上に１つまたはそれ以上の電極を形
    成する工程と、 （ｅ）前記第１のプリストレインドポリマを前記第２のプリストレインドポリ
    マに結合する工程と、 を備える方法。
  94. 【請求項９４】 請求項９３記載の方法であって、 前記プリストレインの工程は、前記ポリマを伸張させて固形部材に固定するこ
    とを含む方法。
  95. 【請求項９５】 請求項９３記載の方法であって、さらに、 ポリマ混合物を回転塗布して前記ポリマを作成する工程を備える方法。
  96. 【請求項９６】 請求項９５記載の方法であって、さらに、 前記ポリマを、前記回転塗布において使用された剛性基板からはく離する工程
    を備える法。
  97. 【請求項９７】 請求項９６記載の方法であって、 前記プリストレインドポリマを前記剛性基板からはく離する工程は、エッチン
    グ溶液を使用するか、または前記剛性フレームから前記ポリマをはく離させるか
    のいずれかを含む方法。
  98. 【請求項９８】 請求項９３記載の方法であって、さらに、 工程（ｃ）〜工程（ｅ）を繰り返すことを備える方法。
  99. 【請求項９９】 請求項９３記載の方法であって、 前記第１のプリストレインドポリマを前記第２のプリストレインドポリマに結
    合する工程は、前記第１のプリストレインドポリマを前記第２のプリストレイン
    ドポリマに取り付けることを含む方法。
JP2001510928A 1999-07-20 2000-07-20 電気活性ポリマ Expired - Lifetime JP5512063B2 (ja)

Applications Claiming Priority (13)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14455699P 1999-07-20 1999-07-20
US60/144,556 1999-07-20
US15332999P 1999-09-10 1999-09-10
US60/153,329 1999-09-10
US16132599P 1999-10-25 1999-10-25
US60/161,325 1999-10-25
US18140400P 2000-02-09 2000-02-09
US60/181,404 2000-02-09
US18780900P 2000-03-08 2000-03-08
US60/187,809 2000-03-08
US19223700P 2000-03-27 2000-03-27
US60/192,237 2000-03-27
PCT/US2000/019950 WO2001006579A2 (en) 1999-07-20 2000-07-20 Pre-strained electroactive polymers

Related Child Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009146187A Division JP5840825B2 (ja) 1999-07-20 2009-06-19 ポリマを用いたトランスデューサ
JP2011279651A Division JP5607018B2 (ja) 1999-07-20 2011-12-21 電極及び光変調デバイス
JP2013172290A Division JP5937044B2 (ja) 1999-07-20 2013-08-22 トランスデューサ、アクチュエータ、及び、トランスデューサを製造する方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003506858A true JP2003506858A (ja) 2003-02-18
JP5512063B2 JP5512063B2 (ja) 2014-06-04

Family

ID=27558294

Family Applications (4)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001510928A Expired - Lifetime JP5512063B2 (ja) 1999-07-20 2000-07-20 電気活性ポリマ
JP2009146187A Expired - Lifetime JP5840825B2 (ja) 1999-07-20 2009-06-19 ポリマを用いたトランスデューサ
JP2011279651A Expired - Lifetime JP5607018B2 (ja) 1999-07-20 2011-12-21 電極及び光変調デバイス
JP2013172290A Expired - Lifetime JP5937044B2 (ja) 1999-07-20 2013-08-22 トランスデューサ、アクチュエータ、及び、トランスデューサを製造する方法

Family Applications After (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009146187A Expired - Lifetime JP5840825B2 (ja) 1999-07-20 2009-06-19 ポリマを用いたトランスデューサ
JP2011279651A Expired - Lifetime JP5607018B2 (ja) 1999-07-20 2011-12-21 電極及び光変調デバイス
JP2013172290A Expired - Lifetime JP5937044B2 (ja) 1999-07-20 2013-08-22 トランスデューサ、アクチュエータ、及び、トランスデューサを製造する方法

Country Status (9)

Country Link
EP (3) EP1848046B1 (ja)
JP (4) JP5512063B2 (ja)
AT (1) ATE480872T1 (ja)
AU (1) AU7052000A (ja)
DE (1) DE60044940D1 (ja)
DK (3) DK1848046T3 (ja)
ES (2) ES2394501T3 (ja)
PT (3) PT2264801E (ja)
WO (1) WO2001006579A2 (ja)

Cited By (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006288040A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 National Institute Of Advanced Industrial & Technology アクチュエータ素子およびその製造方法
JP2007125246A (ja) * 2005-11-04 2007-05-24 Terumo Corp 血圧測定装置及びそれに用いるカフ
JP2007534520A (ja) * 2004-03-12 2007-11-29 エスアールアイ インターナショナル 機械的メタ材料
JP2008141380A (ja) * 2006-11-30 2008-06-19 Hyper Drive Corp 電場応答性高分子を用いた振動素子
JP2008141944A (ja) * 2006-11-03 2008-06-19 Danfoss As 誘電複合体および誘電複合体の製造方法
KR100839818B1 (ko) * 2000-11-02 2008-06-19 댄포스 아/에스 작동 부재 및 그 제조 방법
US7395903B2 (en) 2003-06-06 2008-07-08 Akebono Brake Industry Co., Ltd. Electric brake device
WO2008093695A1 (ja) * 2007-02-01 2008-08-07 Alps Electric Co., Ltd. アクチュエータ
JP2008198811A (ja) * 2007-02-14 2008-08-28 Tokai Rubber Ind Ltd 電歪型アクチュエータ
JP2008245509A (ja) * 2007-02-27 2008-10-09 Konica Minolta Holdings Inc 高分子アクチュエータおよび光学ユニット
JP2008277729A (ja) * 2007-03-30 2008-11-13 Tokai Rubber Ind Ltd アクチュエータ
WO2009001770A1 (ja) * 2007-06-27 2008-12-31 Alps Electric Co., Ltd. 電歪アクチュエータ
WO2009031538A1 (ja) * 2007-09-05 2009-03-12 Alps Electric Co., Ltd. 電歪アクチュエータ
JP2009120698A (ja) * 2007-11-14 2009-06-04 Tokai Rubber Ind Ltd 誘電膜およびそれを用いたアクチュエータ、センサ、トランスデューサ
JP2010514164A (ja) * 2006-12-14 2010-04-30 アーティフィシャル マッスル，インク． フォールトトレラントな材料および同材料を製作する方法
JP2010109121A (ja) * 2008-10-30 2010-05-13 Tokai Rubber Ind Ltd 誘電膜、およびそれを用いたアクチュエータ、センサ、トランスデューサ
JP2010273330A (ja) * 2009-05-19 2010-12-02 Qinghua Univ 平板型スピーカ
JP2011509119A (ja) * 2008-01-04 2011-03-24 ボストン サイエンティフィック サイムド，インコーポレイテッド 植込み可能器具用の分離機構
WO2011118315A1 (ja) 2010-03-23 2011-09-29 東海ゴム工業株式会社 導電性架橋体、およびその製造方法、並びにそれを用いたトランスデューサ、フレキシブル配線板、電磁波シールド
JP2012503341A (ja) * 2008-09-19 2012-02-02 バイエル・マテリアルサイエンス・アクチェンゲゼルシャフト 電気活性ポリマー変換器
US8111500B2 (en) 2006-06-05 2012-02-07 Sri International Wall crawling robots
JP2012504719A (ja) * 2008-10-07 2012-02-23 ウンジンコーウエイ カンパニイ リミテッド トイレ用ビデのノズルアセンブリー及びその制御方法
US8125758B2 (en) 2006-06-05 2012-02-28 Sri International Electroadhesive devices
WO2012050128A1 (ja) 2010-10-13 2012-04-19 東海ゴム工業株式会社 柔軟導電材料、およびそれを用いたトランスデューサ、フレキシブル配線板、電磁波シールド
US8354774B2 (en) 2007-08-17 2013-01-15 Kuraray Co., Ltd. Dielectric material for polymeric actuator, and polymeric actuator using the same
WO2013047311A1 (ja) 2011-09-29 2013-04-04 東海ゴム工業株式会社 誘電膜およびその製造方法、並びにそれを用いたトランスデューサ
WO2013054614A1 (ja) 2011-10-11 2013-04-18 東海ゴム工業株式会社 トランスデューサ
JP2013070620A (ja) * 2003-08-29 2013-04-18 Sri Internatl 電気活性ポリマーの予歪み
WO2013054657A1 (ja) 2011-10-11 2013-04-18 東海ゴム工業株式会社 イオン成分が固定化されたエラストマー材料およびその製造方法
WO2013058237A1 (ja) 2011-10-17 2013-04-25 東海ゴム工業株式会社 誘電膜およびそれを用いたトランスデューサ
WO2013146357A1 (ja) 2012-03-30 2013-10-03 東海ゴム工業株式会社 反応性イオン液体およびこれを用いたイオン固定化金属酸化物粒子、イオン固定化エラストマーならびにトランスデューサ
JP2014506691A (ja) * 2011-01-18 2014-03-17 バイエル・インテレクチュアル・プロパティ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング フレームレスアクチュエータ装置、システム、及び方法
WO2014156876A1 (ja) 2013-03-25 2014-10-02 東海ゴム工業株式会社 反応性イオン液体およびこれを用いたイオン固定化金属酸化物粒子、イオン固定化エラストマーならびにトランスデューサ
WO2015050138A1 (ja) * 2013-10-01 2015-04-09 住友理工株式会社 搬送装置
JP2016122674A (ja) * 2014-12-24 2016-07-07 Tdk株式会社 圧電アクチュエータ
JP2016130025A (ja) * 2004-11-09 2016-07-21 ボード・オブ・リージエンツ，ザ・ユニバーシテイ・オブ・テキサス・システム ナノファイバーのリボンおよびシートならびにナノファイバーの撚り糸および無撚り糸の製造および適用
JP2016226256A (ja) * 2015-05-28 2016-12-28 本田技研工業株式会社 電歪素子の製造方法
JPWO2015166700A1 (ja) * 2014-04-30 2017-04-20 株式会社村田製作所 導電パターン付絶縁基材
WO2018124308A1 (ja) 2016-12-29 2018-07-05 ソニー株式会社 アクチュエータおよびその製造方法
JP2018533335A (ja) * 2015-08-31 2018-11-08 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 電気活性又は光活性ポリマーに基づくアクチュエータ又はセンサ装置
JP2019506121A (ja) * 2014-12-29 2019-02-28 エラスティメッド・リミテッドＥｌａｓｔｉＭｅｄ Ｌｔｄ． 電気活性ポリマーをプレストレッチ状態で維持するための方法及び機構とそれらの使用
JP2019041555A (ja) * 2017-08-29 2019-03-14 正毅 千葉 誘電エラストマートランスデューサー
US11291121B2 (en) 2014-12-29 2022-03-29 ElastiMed Ltd. Methods and mechanisms for maintaining an electro-active polymer in a pre-stretch state and uses thereof
US11433425B2 (en) 2017-05-10 2022-09-06 Sony Corporation Actuator, driving member, tactile sense presenting device, and driving device
US11827459B2 (en) 2020-10-16 2023-11-28 Artimus Robotics Inc. Control of conveyor systems using hydraulically amplified self-healing electrostatic (HASEL) actuators

Families Citing this family (93)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7320457B2 (en) 1997-02-07 2008-01-22 Sri International Electroactive polymer devices for controlling fluid flow
US6586859B2 (en) 2000-04-05 2003-07-01 Sri International Electroactive polymer animated devices
US7052594B2 (en) 2002-01-31 2006-05-30 Sri International Devices and methods for controlling fluid flow using elastic sheet deflection
US6812624B1 (en) 1999-07-20 2004-11-02 Sri International Electroactive polymers
US6806621B2 (en) * 2001-03-02 2004-10-19 Sri International Electroactive polymer rotary motors
US7608989B2 (en) 1999-07-20 2009-10-27 Sri International Compliant electroactive polymer transducers for sonic applications
US7400080B2 (en) 2002-09-20 2008-07-15 Danfoss A/S Elastomer actuator and a method of making an actuator
WO2003056287A1 (en) 2001-12-21 2003-07-10 Danfoss A/S Dielectric actuator or sensor structure and method of making it
US8181338B2 (en) 2000-11-02 2012-05-22 Danfoss A/S Method of making a multilayer composite
US7166953B2 (en) 2001-03-02 2007-01-23 Jon Heim Electroactive polymer rotary clutch motors
US7233097B2 (en) 2001-05-22 2007-06-19 Sri International Rolled electroactive polymers
SG103371A1 (en) * 2001-12-28 2004-04-29 Matsushita Electric Works Ltd Wearable human motion applicator
DE60332918D1 (de) * 2002-03-05 2010-07-22 Stanford Res Inst Int Elektroaktive polymerbauelemente zur regelung einer fluidströmung
AU2003225913A1 (en) * 2002-03-18 2003-10-08 Roy David Kornbluh Electroactive polymer devices for moving fluid
US7362889B2 (en) 2002-05-10 2008-04-22 Massachusetts Institute Of Technology Elastomeric actuator devices for magnetic resonance imaging
US7411331B2 (en) 2002-05-10 2008-08-12 Massachusetts Institute Of Technology Dielectric elastomer actuated systems and methods
US7371223B2 (en) 2002-10-02 2008-05-13 Boston Scientific Scimed, Inc. Electroactive polymer actuated heart-lung bypass pumps
DK1596794T3 (da) 2003-02-24 2008-10-27 Danfoss As Elektroaktiv elastisk bandage
ES2398525T3 (es) 2003-09-03 2013-03-19 Sri International Transductores de polímero electroactivo para la deformación de superficies
US7834527B2 (en) 2005-05-05 2010-11-16 SmartMotion Technologies, Inc. Dielectric elastomer fiber transducers
US7935743B1 (en) 2005-07-06 2011-05-03 Lenore Rasmussen Electrically driven mechanochemical actuators that can act as artificial muscle
US7353747B2 (en) * 2005-07-28 2008-04-08 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Electroactive polymer-based pump
US7443082B2 (en) 2006-03-03 2008-10-28 Basf Corporation Piezoelectric polymer composite article and system
US7732999B2 (en) 2006-11-03 2010-06-08 Danfoss A/S Direct acting capacitive transducer
US7880371B2 (en) 2006-11-03 2011-02-01 Danfoss A/S Dielectric composite and a method of manufacturing a dielectric composite
EP2498311A3 (en) * 2006-11-03 2014-09-10 Danfoss A/S A direct acting capacitive transducer
US7952261B2 (en) 2007-06-29 2011-05-31 Bayer Materialscience Ag Electroactive polymer transducers for sensory feedback applications
DE102008006296A1 (de) * 2008-01-28 2009-07-30 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Schubaktuator und mit einem solchen Schubaktuator versehener Träger
DE102008039757A1 (de) 2008-08-20 2010-02-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Aktorelement sowie seine Verwendung
EP2239793A1 (de) 2009-04-11 2010-10-13 Bayer MaterialScience AG Elektrisch schaltbarer Polymerfilmaufbau und dessen Verwendung
KR101908113B1 (ko) 2009-11-16 2018-10-15 삼성전자 주식회사 전기활성 폴리머 엑츄에이터 및 그 제조방법
JP5331033B2 (ja) * 2010-02-26 2013-10-30 日本放送協会 スピーカ装置
DE102011075127B4 (de) * 2010-05-04 2014-10-30 Electronics And Telecommunications Research Institute Mikroventilstruktur mit einem Polymeraktor und Lab-on-a-chip Modul
CN101841759A (zh) * 2010-05-10 2010-09-22 北京富纳特创新科技有限公司 热致发声装置
US10010272B2 (en) 2010-05-27 2018-07-03 Profusa, Inc. Tissue-integrating electronic apparatus
CN110604585B (zh) 2010-10-06 2023-04-18 普罗弗萨股份有限公司 组织整合性传感器
KR101703281B1 (ko) * 2010-12-07 2017-02-06 삼성전자주식회사 다층 전기활성 폴리머 디바이스 및 그 제조방법
SG193003A1 (en) 2011-03-01 2013-10-30 Bayer Ip Gmbh Automated manufacturing processes for producing deformable polymer devices and films
US9195058B2 (en) 2011-03-22 2015-11-24 Parker-Hannifin Corporation Electroactive polymer actuator lenticular system
JP5987440B2 (ja) 2011-06-17 2016-09-07 日産自動車株式会社 燃料電池用微細多孔質層シート及びその製造方法
RU2014129880A (ru) * 2011-12-21 2016-02-10 Конинклейке Филипс Н.В. Управляемый полимерный актюатор
US8891222B2 (en) 2012-02-14 2014-11-18 Danfoss A/S Capacitive transducer and a method for manufacturing a transducer
US8692442B2 (en) 2012-02-14 2014-04-08 Danfoss Polypower A/S Polymer transducer and a connector for a transducer
CN104170108A (zh) * 2012-03-15 2014-11-26 丹佛斯聚能公司 可伸缩保护罩
US9876160B2 (en) 2012-03-21 2018-01-23 Parker-Hannifin Corporation Roll-to-roll manufacturing processes for producing self-healing electroactive polymer devices
WO2013192143A1 (en) 2012-06-18 2013-12-27 Bayer Intellectual Property Gmbh Stretch frame for stretching process
WO2014008401A1 (en) * 2012-07-05 2014-01-09 Northeastern University Devices, methods, and systems for high-resolution tactile displays
WO2014066576A1 (en) 2012-10-24 2014-05-01 Bayer Intellectual Property Gmbh Polymer diode
WO2014105981A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 Dow Corning Corporation Method of preparing electroactive article and electroactive article formed in accordance therewith
WO2014105970A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 Dow Corning Corporation Transducers and production method thereof
EP2947706B8 (en) * 2013-01-15 2017-04-26 Toyo Tire & Rubber Co., Ltd. Polymer actuator
EP2954568B1 (en) 2013-02-07 2017-01-04 Danfoss A/S All compliant electrode
KR101562240B1 (ko) * 2013-10-25 2015-10-26 한국표준과학연구원 주름진 코러게이티드 고분자 유전체를 이용한 플렉서블 햅틱모듈 및 촉감제공방법
KR101587338B1 (ko) * 2014-01-09 2016-01-21 한국표준과학연구원 정전기력 기반의 폴리머 액추에이터를 이용한 플렉서블 햅틱모듈 및 촉감제공방법
US20170279031A1 (en) * 2014-02-18 2017-09-28 Ge Aviation Systems Llc Electroactive polymer actuator with improved performance
EP2916364B1 (en) * 2014-03-07 2017-12-20 Alcatel Lucent Translation apparatus for moving an object outside a housing of the translation apparatus, translation system and rf component for mobile communication thereof
RU2577923C2 (ru) * 2014-05-12 2016-03-20 Игорь Трофимович Пронькинов Способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров
US9212045B1 (en) 2014-07-31 2015-12-15 Infineon Technologies Ag Micro mechanical structure and method for fabricating the same
JP6132075B2 (ja) 2014-08-21 2017-05-24 株式会社村田製作所 電気機械変換素子および触覚提示装置
JP2016046953A (ja) 2014-08-25 2016-04-04 ソニー株式会社 トランスデューサおよび電子機器
WO2016031137A1 (ja) * 2014-08-27 2016-03-03 ソニー株式会社 トランスデューサおよび電子機器
JP6302811B2 (ja) * 2014-09-29 2018-03-28 カシオ計算機株式会社 投影装置
JP6699119B2 (ja) 2015-01-22 2020-05-27 株式会社リコー 素子及び発電装置
EP3278375B1 (en) 2015-03-31 2019-05-15 Koninklijke Philips N.V. Actuator or sensor device based on an electroactive polymer
WO2016185287A2 (en) * 2015-05-19 2016-11-24 Nanoair Ltd. Device integration of active cooling systems
KR101664980B1 (ko) * 2015-07-10 2016-10-11 한국기술교육대학교 산학협력단 햅틱 액추에이터
JP2017108601A (ja) * 2015-12-09 2017-06-15 国立大学法人信州大学 誘電アクチュエータ
US10911847B2 (en) 2016-04-06 2021-02-02 W. L. Gore & Associates, Inc. Pressure equalizing construction for nonporous acoustic membrane
WO2017215984A1 (en) 2016-06-14 2017-12-21 Koninklijke Philips N.V. Electroactive polymer actuator device and driving method
EP3482425B1 (en) * 2016-07-05 2021-09-08 Koninklijke Philips N.V. Shape change device
KR101837505B1 (ko) * 2016-07-15 2018-03-12 한국기술교육대학교 산학협력단 햅틱 디스플레이
US10658565B2 (en) * 2016-08-29 2020-05-19 The Boeing Company Actuator assemblies, mechanical assemblies including the actuator assemblies, and methods of fabricating the same
US11278465B2 (en) 2016-09-09 2022-03-22 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Modular exoskeleton for example for spinal cord injured patients
RU2750352C2 (ru) * 2016-09-22 2021-06-28 Конинклейке Филипс Н.В. Сенсорное устройство и способ измерения физиологического параметра
CN109983394A (zh) * 2016-11-21 2019-07-05 皇家飞利浦有限公司 光束处理设备
US11331018B2 (en) 2016-12-22 2022-05-17 Profusa, Inc. System and single-channel biosensor for and method of determining analyte value
JP7032875B2 (ja) * 2017-06-21 2022-03-09 正毅 千葉 誘電エラストマートランスデューサーおよび誘電エラストマー駆動装置
WO2019173227A1 (en) 2018-03-04 2019-09-12 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Hydraulically amplified self-healing electrostatic transducers harnessing zipping mechanism
WO2019211666A2 (en) * 2018-05-02 2019-11-07 ElastiMed Ltd. A strap having a portion of electro-active polymer, methods and mechanisms for making and using the same
JP7061019B2 (ja) * 2018-05-31 2022-04-27 正毅 千葉 アンテナ装置
KR102006611B1 (ko) * 2018-10-22 2019-08-05 (주)이미지스테크놀로지 자기유변탄성체를 이용한 가변렌즈모듈과 이를 포함하는 촬상장치
WO2020217855A1 (ja) * 2019-04-26 2020-10-29 住友理工株式会社 静電型トランスデューサおよび静電型トランスデューサユニット
WO2021033232A1 (ja) * 2019-08-19 2021-02-25 正毅 千葉 アンテナ装置
US11139755B2 (en) 2020-01-31 2021-10-05 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Variable stiffening device comprising electrode stacks in a flexible envelope
US11370496B2 (en) 2020-01-31 2022-06-28 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Programmable texture surfaces having artificial muscles
US11453347B2 (en) 2020-03-12 2022-09-27 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Suction devices having artificial muscles
DE102020203208A1 (de) * 2020-03-12 2021-09-16 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Elektromechanischer Wandler und dessen Verwendung
US11611293B2 (en) 2020-03-13 2023-03-21 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Artificial muscles having a reciprocating electrode stack
KR102275106B1 (ko) * 2020-06-30 2021-07-07 한국기술교육대학교 산학협력단 폴리염화비닐 겔 기반의 마이크로 펌프
KR102558860B1 (ko) * 2020-11-20 2023-07-25 한국과학기술원 선형 구동기
KR102635935B1 (ko) * 2021-10-13 2024-02-08 연세대학교 산학협력단 열 기반 광 위상 변조 장치
KR102637396B1 (ko) * 2022-01-24 2024-02-16 한국기술교육대학교 산학협력단 전기활성고분자 기반 유연 양방향 햅틱 입출력 모듈과 이를 포함하는 입출력 통합 시스템
US11731269B1 (en) 2022-02-01 2023-08-22 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Artificial muscles comprising an electrode pair and a clamping device for compressing the electrode pair

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5840999A (ja) * 1981-08-11 1983-03-10 トムソン−セエスエフ 圧電ポリマ−式電気音響学的変換器
JPS6130899A (ja) * 1984-07-23 1986-02-13 Nec Corp 圧電スピ−カ
JPS62231593A (ja) * 1986-03-31 1987-10-12 Ngk Spark Plug Co Ltd 圧電送受波器
JPH0560783A (ja) * 1991-09-03 1993-03-12 Fujikura Ltd 圧電型加速度センサの製造方法
JPH07135345A (ja) * 1993-11-09 1995-05-23 Casio Comput Co Ltd 圧電素子

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1902849C3 (de) * 1968-01-25 1978-06-29 Pioneer Electronic Corp., Tokio Mechanisch-elektrisch bzw. elektrisch-mechanischer Wandler
JPS6027128B2 (ja) * 1978-07-27 1985-06-27 呉羽化学工業株式会社 誘電体として改良された弗化ビニリデン系樹脂フイルム及びその製造方法
JPS5569902A (en) * 1978-11-21 1980-05-27 Kureha Chemical Ind Co Ltd Preparing piezoelectric* electrically scorchable film
US4241128A (en) * 1979-03-20 1980-12-23 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Production of piezoelectric PVDF films
US4342936A (en) * 1980-12-19 1982-08-03 Eastman Kodak Company High deflection bandwidth product polymeric piezoelectric flexure mode device and method of making same
US4868447A (en) * 1987-09-11 1989-09-19 Cornell Research Foundation, Inc. Piezoelectric polymer laminates for torsional and bending modal control
JPH02270520A (ja) * 1989-04-13 1990-11-05 Dynic Corp 熱可塑性ポリウレタンフィルムの製造方法および熱可塑性ポリウレタン加工布の製造方法
GB2233251B (en) * 1989-06-20 1993-03-10 Courtaulds Films & Packaging Production of polymeric films
JPH0758193B2 (ja) * 1990-09-14 1995-06-21 三菱電機株式会社 原子間力顕微鏡の微動走査機構
US5356500A (en) * 1992-03-20 1994-10-18 Rutgers, The State University Of New Jersey Piezoelectric laminate films and processes for their manufacture
US5440194A (en) * 1994-05-13 1995-08-08 Beurrier; Henry R. Piezoelectric actuators
US5494617A (en) * 1994-05-16 1996-02-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method of inducing piezoelectric properties in polymers
US5751090A (en) * 1995-05-17 1998-05-12 Burleigh Instruments Inc Peristaltic driver apparatus
US5780958A (en) * 1995-11-03 1998-07-14 Aura Systems, Inc. Piezoelectric vibrating device
WO1998035529A2 (en) * 1997-02-07 1998-08-13 Sri International Elastomeric dielectric polymer film sonic actuator
WO1999017929A1 (en) * 1997-10-03 1999-04-15 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Polymeric electrostrictive systems
EP1212800B1 (en) * 1999-07-20 2007-12-12 Sri International Electroactive polymer generators

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5840999A (ja) * 1981-08-11 1983-03-10 トムソン−セエスエフ 圧電ポリマ−式電気音響学的変換器
JPS6130899A (ja) * 1984-07-23 1986-02-13 Nec Corp 圧電スピ−カ
JPS62231593A (ja) * 1986-03-31 1987-10-12 Ngk Spark Plug Co Ltd 圧電送受波器
JPH0560783A (ja) * 1991-09-03 1993-03-12 Fujikura Ltd 圧電型加速度センサの製造方法
JPH07135345A (ja) * 1993-11-09 1995-05-23 Casio Comput Co Ltd 圧電素子

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6011031832; Ｒｏｎ　Ｐｅｌｒｉｎｅ　ｅｔ　ａｌ．: 'ＥＬＥＣＴＲＯＳＴＲＩＣＴＩＯＮ　ＯＦ　ＰＯＬＹＭＥＲ　ＦＩＬＭＳ　ＦＯＲ　ＭＩＣＲＯＡＣＴＵＡＴＯＲＳ' Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ , 1997, Ｐ．２３８-２４３, ＩＥＥＥ *

Cited By (65)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008212716A (ja) * 2000-11-02 2008-09-18 Danfoss As アクチュエータ
KR100839818B1 (ko) * 2000-11-02 2008-06-19 댄포스 아/에스 작동 부재 및 그 제조 방법
US7395903B2 (en) 2003-06-06 2008-07-08 Akebono Brake Industry Co., Ltd. Electric brake device
JP2013102682A (ja) * 2003-08-29 2013-05-23 Sri Internatl 電気活性ポリマーの予歪み
JP2013070620A (ja) * 2003-08-29 2013-04-18 Sri Internatl 電気活性ポリマーの予歪み
US8164232B2 (en) 2004-03-12 2012-04-24 Sri International Mechanical meta-materials
JP2007534520A (ja) * 2004-03-12 2007-11-29 エスアールアイ インターナショナル 機械的メタ材料
JP2012187928A (ja) * 2004-03-12 2012-10-04 Sri Internatl 機械的メタ材料
US8436508B2 (en) 2004-03-12 2013-05-07 Sri International Mechanical meta-materials
JP2016130025A (ja) * 2004-11-09 2016-07-21 ボード・オブ・リージエンツ，ザ・ユニバーシテイ・オブ・テキサス・システム ナノファイバーのリボンおよびシートならびにナノファイバーの撚り糸および無撚り糸の製造および適用
JP2006288040A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 National Institute Of Advanced Industrial & Technology アクチュエータ素子およびその製造方法
JP4691703B2 (ja) * 2005-03-31 2011-06-01 独立行政法人産業技術総合研究所 アクチュエータ素子およびその製造方法
JP2007125246A (ja) * 2005-11-04 2007-05-24 Terumo Corp 血圧測定装置及びそれに用いるカフ
US8665578B2 (en) 2006-06-05 2014-03-04 Sri International Electroadhesive devices
US8125758B2 (en) 2006-06-05 2012-02-28 Sri International Electroadhesive devices
US8111500B2 (en) 2006-06-05 2012-02-07 Sri International Wall crawling robots
JP2008141944A (ja) * 2006-11-03 2008-06-19 Danfoss As 誘電複合体および誘電複合体の製造方法
JP2008141380A (ja) * 2006-11-30 2008-06-19 Hyper Drive Corp 電場応答性高分子を用いた振動素子
JP2010514164A (ja) * 2006-12-14 2010-04-30 アーティフィシャル マッスル，インク． フォールトトレラントな材料および同材料を製作する方法
WO2008093695A1 (ja) * 2007-02-01 2008-08-07 Alps Electric Co., Ltd. アクチュエータ
JP2008198811A (ja) * 2007-02-14 2008-08-28 Tokai Rubber Ind Ltd 電歪型アクチュエータ
JP2008245509A (ja) * 2007-02-27 2008-10-09 Konica Minolta Holdings Inc 高分子アクチュエータおよび光学ユニット
JP2008277729A (ja) * 2007-03-30 2008-11-13 Tokai Rubber Ind Ltd アクチュエータ
WO2009001770A1 (ja) * 2007-06-27 2008-12-31 Alps Electric Co., Ltd. 電歪アクチュエータ
US8354774B2 (en) 2007-08-17 2013-01-15 Kuraray Co., Ltd. Dielectric material for polymeric actuator, and polymeric actuator using the same
WO2009031538A1 (ja) * 2007-09-05 2009-03-12 Alps Electric Co., Ltd. 電歪アクチュエータ
JP2009120698A (ja) * 2007-11-14 2009-06-04 Tokai Rubber Ind Ltd 誘電膜およびそれを用いたアクチュエータ、センサ、トランスデューサ
JP2011509119A (ja) * 2008-01-04 2011-03-24 ボストン サイエンティフィック サイムド，インコーポレイテッド 植込み可能器具用の分離機構
JP2012503341A (ja) * 2008-09-19 2012-02-02 バイエル・マテリアルサイエンス・アクチェンゲゼルシャフト 電気活性ポリマー変換器
US8584269B2 (en) 2008-10-07 2013-11-19 Woongjin Coway Co., Ltd. Nozzle assembly of toilet bidet and control method thereof
JP2012504719A (ja) * 2008-10-07 2012-02-23 ウンジンコーウエイ カンパニイ リミテッド トイレ用ビデのノズルアセンブリー及びその制御方法
JP2010109121A (ja) * 2008-10-30 2010-05-13 Tokai Rubber Ind Ltd 誘電膜、およびそれを用いたアクチュエータ、センサ、トランスデューサ
US8532316B2 (en) 2009-05-19 2013-09-10 Tsinghua University Flat panel piezoelectric loudspeaker
JP2010273330A (ja) * 2009-05-19 2010-12-02 Qinghua Univ 平板型スピーカ
WO2011118315A1 (ja) 2010-03-23 2011-09-29 東海ゴム工業株式会社 導電性架橋体、およびその製造方法、並びにそれを用いたトランスデューサ、フレキシブル配線板、電磁波シールド
US9051446B2 (en) 2010-03-23 2015-06-09 Sumitomo Riko Company Limited Conductive crosslinked body and production process thereof, and transducer, flexible wiring board and electromagnetic wave shield using the conductive crosslinked body
WO2012050128A1 (ja) 2010-10-13 2012-04-19 東海ゴム工業株式会社 柔軟導電材料、およびそれを用いたトランスデューサ、フレキシブル配線板、電磁波シールド
JP2014506691A (ja) * 2011-01-18 2014-03-17 バイエル・インテレクチュアル・プロパティ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング フレームレスアクチュエータ装置、システム、及び方法
US10381547B2 (en) 2011-09-29 2019-08-13 Sumitomo Riko Company Limited Dielectric film, method for manufacturing the same, and transducer including the same
WO2013047311A1 (ja) 2011-09-29 2013-04-04 東海ゴム工業株式会社 誘電膜およびその製造方法、並びにそれを用いたトランスデューサ
WO2013054657A1 (ja) 2011-10-11 2013-04-18 東海ゴム工業株式会社 イオン成分が固定化されたエラストマー材料およびその製造方法
US9076574B2 (en) 2011-10-11 2015-07-07 Sumitomo Riko Company Limited Elastomer material containing immobilized ionic components and method for manufacturing the same
WO2013054614A1 (ja) 2011-10-11 2013-04-18 東海ゴム工業株式会社 トランスデューサ
US9397589B2 (en) 2011-10-11 2016-07-19 Sumitomo Riko Company Limited Transducer including an elastomer
WO2013058237A1 (ja) 2011-10-17 2013-04-25 東海ゴム工業株式会社 誘電膜およびそれを用いたトランスデューサ
WO2013146357A1 (ja) 2012-03-30 2013-10-03 東海ゴム工業株式会社 反応性イオン液体およびこれを用いたイオン固定化金属酸化物粒子、イオン固定化エラストマーならびにトランスデューサ
US9212263B2 (en) 2012-03-30 2015-12-15 Sumitomo Riko Company Limited Reactive ionic liquid, and ion-immobilized metal oxide particle, ion-immobilized elastomer, and transducer using same
US9550865B2 (en) 2012-03-30 2017-01-24 Sumitomo Riko Company Limited Reactive ionic liquid, and ion-immobilized metal oxide particle, ion-immobilized elastomer, and transducer using same
WO2014156876A1 (ja) 2013-03-25 2014-10-02 東海ゴム工業株式会社 反応性イオン液体およびこれを用いたイオン固定化金属酸化物粒子、イオン固定化エラストマーならびにトランスデューサ
US9954162B2 (en) 2013-03-25 2018-04-24 Sumitomo Riko Company Limited Reactive ionic liquid, and ion-immobilized metal oxide particle, ion-immobilized elastomer, and transducer using same
WO2015050138A1 (ja) * 2013-10-01 2015-04-09 住友理工株式会社 搬送装置
US9409719B2 (en) 2013-10-01 2016-08-09 Sumitomo Riko Company Limited Conveying apparatus
JPWO2015050138A1 (ja) * 2013-10-01 2017-03-09 住友理工株式会社 搬送装置
JPWO2015166700A1 (ja) * 2014-04-30 2017-04-20 株式会社村田製作所 導電パターン付絶縁基材
US10193053B2 (en) 2014-04-30 2019-01-29 Murata Manufacturing Co., Ltd. Insulating base material with conductive pattern
JP2016122674A (ja) * 2014-12-24 2016-07-07 Tdk株式会社 圧電アクチュエータ
JP2019506121A (ja) * 2014-12-29 2019-02-28 エラスティメッド・リミテッドＥｌａｓｔｉＭｅｄ Ｌｔｄ． 電気活性ポリマーをプレストレッチ状態で維持するための方法及び機構とそれらの使用
US11278455B2 (en) 2014-12-29 2022-03-22 ElastiMed Ltd. Methods for maintaining an electro-active polymer in a pre-stretch state
US11291121B2 (en) 2014-12-29 2022-03-29 ElastiMed Ltd. Methods and mechanisms for maintaining an electro-active polymer in a pre-stretch state and uses thereof
JP2016226256A (ja) * 2015-05-28 2016-12-28 本田技研工業株式会社 電歪素子の製造方法
JP2018533335A (ja) * 2015-08-31 2018-11-08 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 電気活性又は光活性ポリマーに基づくアクチュエータ又はセンサ装置
WO2018124308A1 (ja) 2016-12-29 2018-07-05 ソニー株式会社 アクチュエータおよびその製造方法
US11433425B2 (en) 2017-05-10 2022-09-06 Sony Corporation Actuator, driving member, tactile sense presenting device, and driving device
JP2019041555A (ja) * 2017-08-29 2019-03-14 正毅 千葉 誘電エラストマートランスデューサー
US11827459B2 (en) 2020-10-16 2023-11-28 Artimus Robotics Inc. Control of conveyor systems using hydraulically amplified self-healing electrostatic (HASEL) actuators

Also Published As

Publication number Publication date
WO2001006579A8 (en) 2002-08-22
ATE480872T1 (de) 2010-09-15
DK1848046T3 (da) 2013-01-07
WO2001006579A2 (en) 2001-01-25
JP5607018B2 (ja) 2014-10-15
JP2009267429A (ja) 2009-11-12
DK2264801T3 (da) 2013-01-07
EP2264801A3 (en) 2011-05-04
EP1221180B1 (en) 2010-09-08
EP1221180A4 (en) 2004-09-15
EP1848046B1 (en) 2012-10-03
JP5937044B2 (ja) 2016-06-22
EP2264801A2 (en) 2010-12-22
JP2012095527A (ja) 2012-05-17
PT2264801E (pt) 2012-12-10
EP1848046A2 (en) 2007-10-24
EP1848046A3 (en) 2009-04-15
DK1221180T3 (da) 2010-12-20
PT1221180E (pt) 2010-11-26
JP5840825B2 (ja) 2016-01-06
DE60044940D1 (de) 2010-10-21
WO2001006579A3 (en) 2002-01-31
PT1848046E (pt) 2012-12-17
EP1221180A2 (en) 2002-07-10
JP5512063B2 (ja) 2014-06-04
AU7052000A (en) 2001-02-05
JP2014014266A (ja) 2014-01-23
ES2394160T3 (es) 2013-01-22
EP2264801B1 (en) 2012-10-03
ES2394501T3 (es) 2013-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5937044B2 (ja) トランスデューサ、アクチュエータ、及び、トランスデューサを製造する方法
JP5714200B2 (ja) 改良電気活性ポリマ
US6545384B1 (en) Electroactive polymer devices
US7199501B2 (en) Electroactive polymers
US6583533B2 (en) Electroactive polymer electrodes
US6781284B1 (en) Electroactive polymer transducers and actuators
US6543110B1 (en) Electroactive polymer fabrication
JP5512834B2 (ja) 電気活性ポリマーの予歪み

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070710

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110621

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20110920

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20110928

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111221

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120814

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20121113

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20121120

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130423

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130822

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20130823

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20130917

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131126

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140204

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140304

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140326

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5512063

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term