FR3046675A1 - Convertisseur electromecanique et son procede de fabrication - Google Patents

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Abstract

Convertisseur électromécanique (1) composé d'un système d'au moins quatre couches planes (3, 4, 5, 6), dont la première (3) et la troisième (4) sont en une première matière élastique, la seconde (5) et la quatrième (6) étant en une seconde matière élastique. La première matière élastique est électro-conductrice et la seconde matière élastique est un diélectrique. Le convertisseur comporte une troisième matière sous la forme de bandes (8) appliquées comme couche extérieure sur la succession de couches et/ou au moins dans l'une des couches (3, 4, 5, 6) de façon à augmenter la rigidité du système de couches dans la direction des couches (8).

Description

Domaine de l’invention
La présente invention se rapporte à un convertisseur électromécanique composé d’un système de couches ayant une succession d’au moins quatre couches planes, la première et la troisième couches étant en une première matière élastique et la seconde et la quatrième couches étant en une seconde matière élastique, la première matière élastique étant électro-conductrice et la seconde matière élastique étant un diélectrique. L’invention se rapporte également à un procédé de fabrication d’un convertisseur électromécanique composé d’un système de couches ayant une successions d’au moins quatre couches planes, consistant à appliquer une première couche d’une première matière élastique sur un film de support, appliquer une seconde couche d’une seconde matière élastique sur la première couche, appliquer une troisième couche de la première matière élastique sur la seconde couche, appliquer une quatrième couche de la seconde matière élastique sur la troisième couche, la première matière élastique étant électroconductrice et la seconde matière élastique étant un diélectrique.
Etat de la technique
Selon le document WO 2013/120494 Al on connaît un convertisseur électromécanique capacitif ayant une mince couche de polymère intégrée entre deux couches électro-conductrices ; toutes les couches ont une forme ondulée dans une direction parallèle aux couches. Ainsi, ce système de couches présente une rigidité améliorée dans la direction perpendiculaire à la direction des impressions ondulées, notamment si les couches électro-conductrices sont en une matière non élastique tel qu’un métal.
Exposé et avantages de l’invention
La présente invention a pour objet un convertisseur électromécanique du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu’il comporte une troisième matière sous la forme de bandes appliquées comme couche extérieure de la succession de couches et/ou au moins dans l’une des couches de la succession de couches de façon à augmenter la rigidité du système de couches dans la direction des couches.
Le convertisseur électromécanique selon l’invention a l’avantage, vis-à-vis de l’état de la technique, de rigidifier le système de couches dans deux directions orthogonales toutes deux parallèles au plan du système de couches et cette rigidité se règle pratiquement indépendamment dans chacune des directions. Ainsi, le système de couches pourra être flexible et élastique dans une direction et ne pas être flexible ou avoir une grande rigidité dans la direction orthogonale à la précédente. Cela est notamment avantageux pour les manutentions au cours du procédé de fabrication du système de couches et pour ensuite son utilisation.
La flexibilité / souplesse dans une direction ou la grande rigidité dans la direction orthogonale sont l’effet du convertisseur électromécanique selon l’invention composé d’un système de couches ayant une succession d’au moins quatre couches planes dont la première et la troisième sont réalisées en une première matière élastique et la seconde et la quatrième en une seconde matière élastique. La première matière élastique est électro-conductrice et la seconde matière élastique est un diélectrique ; la troisième matière est appliquée sous la forme de bandes sur la couche extérieure de la succession de couches et/ou elle est intégrée ou réalisée dans au moins l’une des couches de la succession de couches pour augmenter la rigidité du système de couches dans la direction des bandes.
Un convertisseur électromécanique selon l’invention est un dispositif composé d’une couche élastique diélectrique avec sur les deux faces de couches diélectriques, une couche électro-conductrice ; en appliquant une tension entre les deux couches électro-conductrices on génère une force électrostatique entre les deux couches qui agit en comprimant la couche diélectrique élastique interposée ; cette dernière s’expanse. Il est avantageux que le module d’élasticité de la matière diélectrique élastique soit faible et que sa constante diélectrique ainsi que sa tenue au claquage soit élevées. De manière caractéristique, pour une intensité de champ électrique d’environ 30 V/pm on aura une extension de la couche diélectrique élastique d’environ 20 à 30 %. L’épaisseur de la couche diélectrique élastique est habituellement de l’ordre de 20 pm.
On peut également envisager une plage d’épaisseurs comprises entre 5 pm et 100 pm.
On peut également utiliser les convertisseurs électromécaniques pour détecter une force qui leur est appliquée. Ainsi, en appliquant une tension aux deux couches électro-conductrices on pourra saisir la variation de tension sous l’effet de la force à mesurer, exercée sur le convertisseur électromécanique et de la variation de l’épaisseur de la couche diélectrique élastique.
Les convertisseurs électromécaniques sont, par exemple, utilisés comme actionneurs, c’est-à-dire actionneurs linéaires pour déplacer un organe d’actionnement entraîné selon une course prédéfinie, ou comme pompe péristaltique en technique médicale ou dans les microsystèmes ou encore comme des afficheurs tactiles générant un canal d’information alternatif et/ou complémentaire par une variation de la propriété de surface. Les afficheurs tactiles ou écrans tactiles sont notamment utilisés comme affichage variable pour afficher des inscriptions en Braille. Les convertisseurs électromécaniques peuvent également s’utiliser comme dynamomètre.
La couche selon l’invention est un objet plat s’étendant dans un plan sous-tendu par deux directions orthogonales et qui a, dans la troisième direction orthogonale aux deux premières, une extension beaucoup plus petite que dans les autres directions. Une matière élastique est, de façon générale, une matière à faible rigidité. De façon générale, la rigidité d’une matière dépend des propriétés élastiques de la matière et la forme géométrique de l’objet. En particulier, la rigidité est le produit du module d’élasticité de la matière et du moment d’inertie en surface de la section de la matière ; le moment d’inertie en surface dépend de la forme de la section de la matière. Il est ainsi possible de modifier les propriétés mécaniques et notamment la rigidité d’une couche ou d’un système de couches, par exemple, en appliquant sur l’une des deux faces de la couche ou du système de couches, une autre matière en forme de bandes parallèles. Il peut s’agir, par exemple, de la même matière de la couche ou d’une des matières du système de couches. On peut également envisager une autre matière. La rigidité de la couche ou du système de couches dans la direction perpendiculaire à celle des bandes parallèles n’est pratiquement pas modifiée par ses bandes parallèles. En revanche, la rigidité de la couche ou du système de couches dans la direction parallèle aux bandes parallèles dépend de la surface de la section des différentes bandes ainsi que de leur écartement. En particulier, la rigidité de la couche ou du système de couches dépend du rapport entre la hauteur et la largeur des bandes dans le cas de bandes à section rectangulaire.
On peut également envisager d’appliquer les bandes parallèles avec une troisième matière sur les deux faces de la couche ou du système de couches ce qui permet d’augmenter avantageusement la rigidité de la couche ou du système de couches dans la direction parallèle aux bandes. De façon avantageuse, les bandes parallèles appliquées sur une face de la couche ou du système de couches sont décalées latéralement par rapport aux bandes parallèles appliquées sur l’autre face de la couche ou du système de couches. On peut en outre envisager que les bandes appliquées sur une face de la couche ou du système de couches soient décalées par rapport aux bandes appliquées sur l’autre face de la couche du système de couches. Suivant une autre caractéristique, la section des bandes varie selon leur longueur. L’intervalle entre les bandes voisines peut également varier le long des bandes. Les variantes évoquées ci-dessus permettent de régler de manière variable la rigidité de la couche ou du système de couches dans la direction parallèle aux bandes ou dans une plage de direction qui est pratiquement parallèle aux bandes.
Suivant une autre caractéristique, les bandes parallèles d’une autre matière sont intégrées dans une couche du système de couches. Pour cela, on alterne les matières dans une couche du système de couches, ce qui signifie que dans l’intervalle des bandes réalisées en une certaine matière, on développe des bandes en une autre matière. Dans la mesure où les propriétés élastiques des deux matières de distinguent suffisamment ou ont des modules d’élasticité suffisamment différents pour l’une et l’autre matières, cela permet d’augmenter la rigidité de la couche ou de l’ensemble du système de couches dans la direction des bandes.
De façon avantageuse, le système de couches s’enroule autour d’un axe perpendiculaire aux bandes pour former un actionneur enroulé. Ainsi, le système de couches sera superposé à un nombre quelconque de fois par son enroulement autour de l’axe perpendiculaire aux bandes. Cela permet avantageusement d’augmenter la compression dans la direction perpendiculaire au plan parallèle à celui des couches en fonction du nombre de systèmes de couches superposées ou de successions de couches ou de l’extension de l’actionneur ainsi réalisé. En outre, en enroulant le système de couches, comme les bandes sont parallèles on obtient un objet de forme cylindrique qui est très rigide dans la direction des bandes, c’est-à-dire perpendiculairement à l’axe d’enroulement. La multiplication du système de couches par l’enroulement permet avantageusement de multiplier ou de diversifier les efforts exercés par l’actionneur enroulé ou les efforts exercés sur celui-ci. Cela a l’avantage d’augmenter la plage d’application du convertisseur électromécanique indépendamment de ce que le convertisseur électromécanique est utilisé comme actionneur ou comme générateur ou comme détecteur.
Suivant une autre caractéristique avantageuse, la matière élastique forme l’électrode, ce qui permet de brancher très simplement des couches électro-conductrices. En outre, et de façon avantageuse, le diélectrique est un élastomère. L’élastomère est très léger par rapport aux autres matières diélectriques et la densité d’énergie élastique est élevée. On peut ainsi réaliser des convertisseurs électromécaniques à la foi léger de grandes dimensions ayant une très grande efficacité.
Suivant une autre caractéristique, il est avantageux que la troisième matière présente un module d’élasticité supérieur à celui de la première et/ou de la seconde matière selon un facteur 2 de préférence d’un facteur 10 et notamment d’un facteur 100 et plus particulièrement d’un facteur 1000. A côté du moment d’inertie de la surface de la section de la matière, le module d’élasticité de la matière est déterminant pour la rigidité de celle-ci. Ainsi, on augmente la rigidité de l’ensemble du système de couche dans la direction des bandes parallèles qui sont réalisées avec la troisième matière.
De façon avantageuse, la première matière électroconductrice électrique est une matière composite ayant les propriétés mécaniques de la matière de support élastique et les propriétés de conductivité électrique par les composants électro-conducteurs notamment les particules de métal et/ou des nanotubes de carbone. En intégrant des composants électro-conducteurs qui déterminent la conductivité électrique on peut avantageusement adapter la conductivité de la matière dans une certaine plage sans modifier de façon importante les propriétés mécaniques de la matière. On a ainsi un degré de liberté supplémentaire dans la fabrication des convertisseurs électromécaniques.
Suivant une autre caractéristique avantageuse, la seconde matière élastique est un silicone et/ou une matière acrylique. Les silicones et les matières acryliques ont un module d’élasticité particulièrement faible, ce qui entraîne leur forte extensibilité. De plus, elles ont une constante diélectrique élevée et une forte tenue au claquage, particulièrement intéressantes pour leur utilisation dans un convertisseur électromécanique.
Suivant une autre caractéristique avantageuse, la première matière, la seconde matière et/ou la troisième matière sont obtenues par chimie par voie humide et/ou peuvent être appliquées. Le traitement ou la fabrication par chimie par voie humide sont des solutions en général qui consomment très peu d’énergie car elles s’appliquent à la température ambiante et ne nécessitent pas de dépression. De plus, les résultats sont très bien reproductibles avec des procédés confirmés ce qui réduit avantageusement les coûts de fabrication. L’invention a ainsi pour objet un procédé de fabrication d’un convertisseur électromécanique composé d’un système de couches ayant une successions d’au moins quatre couches planes, le procédé consistant à appliquer une première couche d’une première matière élastique sur un film de support, appliquer une seconde couche d’une seconde matière élastique sur la première couche, appliquer une troisième couche de la première matière élastique sur la seconde couche, appliquer une quatrième couche de la seconde matière élastique sur la troisième couche, la première matière élastique étant électroconductrice et la seconde matière élastique étant un diélectrique ; ce procédé est caractérisé en ce que avant d’appliquer la première couche sur le film de support, après application de la dernière couche et/ou pendant l’application de l’une des couches, on applique une troisième matière sous la forme de bandes sur la couche extérieure de la succession de couches et/ou dans l’une des couches de la succession de couches de façon à augmenter la rigidité du système de couches dans la direction des bandes.
Les avantages du procédé sont analogues à ceux donnés ci-dessus pour le dispositif à savoir la rigidité du système de couches dans la direction des couches qui peut être obtenue de manière variable. En augmentant la rigidité du système de couches dans la direction des bandes, cela permet de détacher, par exemple, plus facilement le système de couches du film de support. Le traitement ultérieur éventuel du système de couches est simplifié grâce à la rigidité dans la direction du système de couches ou encore les opérations faites ensuite sur le système de couches sont simplifiées.
Suivant une autre caractéristique avantageuse, au moins l’une des étapes du procédé est une étape par chimie humide, notamment un procédé d’impression tel qu’un procédé typographique, un procédé d’impression par cylindre et/ou un procédé d’impression par jet d’encre. Ces procédés d’impression, confirmés permettent une fabrication économique, rapide et précise du système de couches et offre notamment la possibilité de structurer les couches à fabriquer en deux dimensions telles que par exemple la réalisation d’une structure de bandes.
Suivant une autre caractéristique avantageuse, au moins l’une des étapes du procédé est suivie d’une étape de séchage de durcissement. Cela garantit la stabilisation de la forme géométrique des différentes couches et l’accrochage de plusieurs couches superposées. On peut par exemple envisager l’étape de séchage ou de durcissement par chauffage du système de couches ou de couches séparées du système de couches dans un four après application des couches. Selon un autre développement de l’invention, on durcit plusieurs couches en les exposant à la lumière UV. Cela suppose que la couche ou les différentes couches contiennent un composant qui modifie ses propriétés chimiques par irradiation avec de la lumière UV.
Suivant une autre caractéristique avantageuse, le système de couches s’enroule autour d’un axe parallèle aux bandes. Après chaque application d’une couche ou d’une autre couche ou d’une éventuelle opération de séchage on poursuit le traitement par l’enroulement. Dans l’étape suivante qui est l’étape d’application on déroule de nouveau le système de couches pour appliquer la nouvelle couche et on effectue éventuellement une opération de séchage puis on enroule de nouveau le système de couches pour former un rouleau. On peut envisager que, par exemple, après chaque étape d’application d’une couche on enroule le système de couches et avant l’application de la couche suivante du système de couches on déroule de nouveau le rouleau. On peut, par exemple, envisager également qu’à la fin du procédé de fabrication du système de couches, on délamine le système de couches par rapport au film de support en enroulant le système de couches sous la forme d’un rouleau et en enroulant le film de support sur un rouleau distinct. Il faut veiller alors à ce que l’axe autour duquel on enroule le système de couches soit parallèle à celui des bandes appliquées pendant le procédé de fabrication.
Dessins
La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée, à l’aide d’exemples de convertisseur électromécanique représenté dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma d’un convertisseur électromécanique selon l’invention, la figure 2 est une vue de dessus d’une autre forme de réalisation du convertisseur électromécanique selon l’invention, la figure 3 est une vue de dessus d’une autre forme de réalisation du convertisseur électromécanique selon l’invention, la figure 4 est un schéma d’un convertisseur électromécanique selon l’invention sous sa forme enroulée et, la figure 5 est un schéma du procédé de réalisation d’un convertisseur électromécanique selon l’invention.
Description de modes de réalisation
La figure 1 est une vue en perspective schématique d’un convertisseur électromécanique 1 composé de plusieurs couches sur un film de support 2. La figure montre également un système d’axes de coordonnées 100 comportant trois axes orthogonaux 101, 102, 103. Le film de support 2 et les couches du convertisseur électromécanique 1 sont parallèles au plan sous-tendu par les axes 101, 102. L’extension des couches dans ce plan est de plusieurs millimètres, de préférence de plusieurs centimètres et d’une manière particulièrement préférentielle elle est de plusieurs décimètres. Le film de support 2 est pratiquement lisse, flexible et stable mécaniquement et thermiquement ; il sert principalement de support (substrat) pour les couches du convertisseur électromécanique 1 qui seront appliquées successivement.
Le convertisseur électromécanique 1 présente trois types de couches différentes dans la direction de l’axe 103, ces couches étant dans des matériaux différents. La première couche 3 est appliquée directement sur le film de support 2. La première couche 3 et la troisième couche 4 sont réalisées en une matière diélectrique élastique d’une épaisseur de l’ordre de 15 pm jusqu’à 50 pm. Il peut s’agir d’un élasto-mère ayant une grande extensibilité, une perméabilité élevée et une grande tenue au claquage. Il s’agit notamment d’une silicone. Les silicone utilisées ont un module d’élasticité inférieur à 1 N/mm2, une per-mitivité supérieure à 2,8 et une tenue au claquage supérieure à 20kV/mm.
La seconde couche 5 est appliquée directement sur la première couche 3. La seconde couche 5 et une quatrième couche 6 sont en une matière élastique électro-conductrice d’une épaisseur de l’ordre de 5 pm jusqu’à 30 pm. Il s’agit, là encore, par exemple, d’une silicone mélangée à des matières électro-conductrices. Les matières électro-conductrices sont, par exemple, des particules d’argent, de graphite, de noir de fumée et/ou des nanotubes de carbone. La teneur en matières électro-conductrices du volume de la couche est choisie pour avoir une liaison électro-conductrice entre les différentes particules de matière conductrice. La troisième couche 4 est appliquée sur la seconde couche 5 et la quatrième couche 6 est appliquée sur la troisième couche 4.
La seconde couche 5 et la quatrième couche 6 peuvent être réalisées sous la forme d’électrodes auxquelles on applique une tension par une alimentation en tension externe 7. On développe ainsi une force électrostatique entre la seconde couche 5 et la quatrième couche 6 de façon analogue à un condensateur dans la direction de l’axe 103 ; cette force comprime la troisième couche 4. Le champ électrique est ici de l’ordre de 90 V/pm. Comme la troisième couche 4 est en une matière pratiquement incompressible telle que la silicone, la quatrième couche 6 se développe dans le plan de la couche parallèle aux axes 101 et 102. Cet effet d’extension dans la direction des axes 101, 102 et/ou cet effet de compression dans la direction de l’axe 103 peuvent servir à générer une force mécanique et aussi à détecter unbe forme mécanique.
Des bandes 8 parallèles à l’axe 102 sont appliquées sur la quatrième couche 6. Les bandes parallèles 8 sont, par exemple, réalisées sous la forme d’un vernis qui a un module d’élasticité relativement élevé par comparaison avec les matières des couches 3, 4, 5, 6 et qui est, par exemple, de l’ordre de 2000 N/mm2. Les bandes parallèles 8 ont une surface de section 9 qui, avec le module d’élasticité de la matière utilisée, détermine la rigidité des bandes parallèles 8 dans la direction d’axe 102. La surface de la section 9 est, par exemple, un carré ou un rectangle. Dans le cas d’une surface de section rectangulaire 9, la longueur des bandes parallèles 8 dans la direction de l’axe 103 est avantageusement supérieure à la longueur des bandes parallèles 8 dans la direction de l’axe 101 pour avoir une rigidité aussi élevée que possible des bandes parallèles 8 et ainsi de l’ensemble du convertisseur électromécanique 1 dans la direction de l’axe 102.
On peut également envisager de réaliser des surfaces de section 9 des bandes parallèles 8 variables dans la direction de l’axe 101 et/ou dans la direction de l’axe 102. L’écart des bandes parallèles 8 dans la direction de l’axe 101 est régulier. Mais on peut également envisager que l’écart ou intervalle entre deux bandes parallèles voisines 8 soit égal à la longueur d’une bande parallèle 8 dans la direction de l’axe 101. On peut également envisager que l’écart entre les bandes parallèles 8 dans la direction de l’axe 101 soit variable et/ou puisse également varier dans la direction d’axe 102.
Suivant une forme de réalisation de l’invention, la première couche 3 et la troisième couche 4 sont en une matière électroconductrice élastique et la seconde couche 5 et la quatrième couche 6 sont en une matière diélectrique élastique.
La figure 2 est une vue de côté d’une autre forme de réalisation du convertisseur électromécanique 1 selon l’invention. La figure est une section du convertisseur électromécanique 1 par un flan parallèle aux axes 101, 103. Le système de couches du convertisseur électromécanique 1 est appliqué sur un film de support 2. A la différence de l’exemple de réalisation de la figure 1, les bandes 8, parallèles ne sont pas appliquées sur la quatrième couche 6, mais se trouvent en dessous ou à l’intérieur de la première couche 3. Il est possible d’appliquer les bandes parallèles 8 directement sur le film de support 9 et ensuite d’appliquer dans l’étape suivante du procédé, la première couche 3 sur les bandes parallèles 8. Ainsi, la matière de la première couche 3 peut pénétrer dans les intervalles 10 des bandes parallèles 8 et remplir partiellement ou totalement ces intervalles. Selon une variante de réalisation, on applique une couche supplémentaire de bandes parallèles 8 dans la même orientation que celle des bandes parallèles 8 sur le film de support 2, en variante, sur la quatrième couche 6 pour augmenter la rigidité du convertisseur électromécanique 1.
Selon une variante de l’invention, on remplace la première couche 3 par les bandes parallèles 8 sans modifier la succession suivante composée de la seconde 5, de la troisième couche 4 et de la quatrième couche 6. On assure ainsi que la seconde couche 5 et la quatrième couche 6 fonctionnant comme des électrodes restent galvani-quement séparées lorsqu’on enroule le convertisseur électromécanique 8 pour former un actionneur enroulé.
La figure 3 est une vue de côté en coupe d’une autre variante de réalisation du convertisseur électromécanique selon l’invention. La figure est une coupe du convertisseur électromécanique 1 par un plan parallèle aux axes 101, 103. Le système de couches du convertisseur électromécanique 1 est appliqué sur le film de support 2. A la différence des exemples de réalisation des figures 1 et 2, les bandes parallèles 8 se trouvent dans la seconde couche 5. La seconde couche 5 est une couche composite formée de bandes, à savoir de bandes parallèles 8 réalisées dans la troisième matière et en outre des intervalles entre les bandes parallèles 8 remplies par les bandes parallèles de la seconde matière qui est électro-conductrice élastique. De façon avantageuse, les bandes parallèles de la matière électro-conductrice dans la direction de l’axe 101 sont, par exemple, reliées par des entretoises n’apparaissant pas à la figure 3 pour assurer la conductivité électrique dans la direction de l’axe 101. En appliquant une tension à la seconde couche 5 et à la quatrième couche 6 il se développe une force électrostatique entre les deux couches. Cette force comprime la troisième couche 4. Comme l’électrode inférieure constituée ici par la matière électroconductrice en forme de bandes dans la seconde couche 5, n’est ni homogène, ni en surface, l’extension du diélectrique élastique de la troisième couche 4 dans la direction de l’axe 101 sera différente de l’extension dans la direction de l’axe 102. Dans une variante de réalisation de l’invention, les bandes parallèles 8 sont en plus et/ou en variante intégrées dans la sixième couche 6 pour augmenter d’autant la rigidité du convertisseur électromécanique 1 dans la direction de l’axe 102.
La figure 4 montre un convertisseur électromécanique 1 enroulé pour former un actionneur enroulé 20. La figure montre également un système d’axe de coordonnées 100 composé de trois axes orthogonaux 101, 102, 103. L’actionneur enroulé 20 se compose des couches 3, 4, 5, 6 décrites ci-dessus pour une utilisation fonctionnelle comme convertisseur électromécanique 1. Les bandes parallèles 8 selon l’invention sont représentées de manière simplifiée simplement comme une couche. L’enroulement sur plusieurs tours des couches pour former l’actionneur enroulé 20 multiplie l’effet de compression qui comprime la troisième couche 4 du convertisseur électromécanique. En outre, la première couche 3 est comprimée car, du fait de l’enroulement, la troisième couche 4 mais aussi la première couche 3 sont enroulées par la seconde couche 5 et la quatrième couche 6 fonctionnant comme des électrodes. Lorsqu’on applique une tension à la seconde 5 et à la quatrième couche 6, la première couche 3 et la troisième couche 4 sont comprimées et l’actionneur enroulé 20 est comprimé dans la direction radiale dans le plan sous-tendu par les axes 101, 102. Les bandes 8 parallèles à l’axe 102 donnent à l’actionneur enroulé 20 une grande rigidité dans cette direction, ce qui facilite à la fois l’opération d’enroulement du convertisseur électromécanique 1 pour former l’actionneur enroulé 20 et la manutention de l’actionneur enroulé 20. L’effet de la compression de l’actionneur enroulé 20 dans la direction radiale ou de l’extension de l’actionneur 20 dans la direction axiale peuvent servir à la fois pour exercer une force mécanique, mais aussi pour détecter une force mécanique.
La figure 5 montre un exemple de réalisation d’un procédé de fabrication d’un convertisseur électromécanique 1. Les étapes en option sont figurées par des rectangles en traits interrompus avec des flèches interrompues. Dans l’étape d’application 80 en option, on applique sur le film de support 2, souple, mécaniquement et thermiquement stable, une couche formée de bandes parallèles 8 d’un vernis ayant un module d’élasticité élevé. On enroule le film de support 2 pour former un rouleau et les bandes 8 parallèles sont, par exemple, imprimées par un procédé à jet d’encre dans la direction de circulation du film de support 2 ou perpendiculairement à l’axe autour duquel on déroule le film de support. Dans une étape de séchage 90 en option, on fait sécher les bandes parallèles 8, c’est-à-dire le vernis en faisant, par exemple, passer le film de support 2 à travers un four chauffé à la température en fonction de la matière utilisée. Ensuite, on a une première étape d’application 30 au cours de laquelle on applique sur le film de support 2 ou sur les bandes parallèles 8, la première couche 3 en silicone en appliquant un revêtement par laminage. Dans l’étape de séchage 91 suivante on sèche la première couche 3 comme cela a été fait dans l’opération décrite ci-dessus. En option, on peut également avoir en plus et/ou en variante une étape d’application 81 au cours de laquelle on applique sur la première couche 3, une couche formée de bandes parallèles 8 de verni, cette application se faisant par un procédé à jet d’encre dans la direction de circulation du film de support 2. En option on a une étape de séchage 92 supplémentaire et/ou alternative au cours de laquelle on sèche les bandes parallèles 8 de façon analogue à l’opération décrite précédemment.
Ensuite, on a une seconde étape d’application 40 par laquelle on applique, sur les bandes parallèles 8 ou la première couche 3 en silicone, la seconde couche 5 en une matière composite formée de silicone chargée de particules électro-conductrices d’argent en appliquant un revêtement par laminage. Dans l’étape de séchage 93, en option faite ensuite, on sèche la seconde couche 5, comme cela était le cas, dans l’opération précédente. En option, on a qu’une étape d’application 82 supplémentaire et/ou alternative au cours de laquelle on applique sur la seconde couche 5, une couche de bandes parallèles 8 de vernis par un procédé de jet d’encre dans la direction de circulation du film de support 2. En option, on a une étape de séchage 94 supplémentaire et/ou alternative au cours de laquelle on sèche les bandes parallèles 8 comme cela a été le cas précédemment.
Ensuite, on a une troisième étape d’application 50 consistant à appliquer, sur les bandes parallèles 8, la seconde couche 5 de matière composite formée de silicone, chargée de particules d’argent, la troisième couche 4 en silicone que l’on applique par un revêtement par laminage. Dans l’étape de séchage 95 optionnelle suivante on sèche la troisième couche 5 comme cela était le cas précédemment. En option, on peut avoir une étape d’application 83 supplémentaire et/ou alternative par laquelle on applique sur la troisième couche 4, une couche formée de bandes parallèles 8 de vernis. Ces bandes sont appliquées par un procédé à jet d’encre dans la direction de circulation du film de support 2. En option, on aura une étape de séchage 96 supplémentaire et/ou alternative au cours de laquelle on sèche les bandes parallèles 8 comme cela a été le cas dans les opérations précédentes.
Au cours de la quatrième étape d’application 60, suivante, on applique sur les bandes parallèles 8 ou sur la troisième couche 4 de silicone, la quatrième couche 6 formée d’une matière composite de silicone chargée de particules d’argent électro-conductrices, cette application se faisant par un cylindre. Dans l’étape de séchage 97 suivante, optionnelle, on sèche la quatrième couche 6 comme cela a été fait dans les opérations précédentes. En option, on a seulement une étape d’application 84, supplémentaire et/ou alternative selon laquelle on applique sur la quatrième couche 6, une couche formée de bandes parallèles 8 de vernis appliqué par un procédé à jet d’encre dans la direction de circulation du film de support 2. En option, on a une étape de séchage 98 supplémentaire et/ou alternative par laquelle on sèche les bandes parallèles 8 comme cela a été fait dans les opérations précédentes.
Selon une variante de réalisation de l’invention, on remplace les étapes de séchage 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98 par une unique étape de séchage finale. En outre, il est possible en variante ou en plus, des étapes de séchage 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, d’effectuer une opération de durcissement en utilisant des matières photosensibles de préférence en irradiant avec la lumière ultraviolet, la matière ou la couche appliquée.
Dans l’étape de délamination 85 effectuée ensuite, on sé-pare-brise le convertisseur électromécanique 1 du film de support 2. On simplifie avantageusement cette étape en appliquant ou, sur et/ou dans au moins une couche du convertisseur électromécanique 1, des bandes parallèles 8 de vernis ayant un module d’élasticité élevé et qui augmente la rigidité du convertisseur électromécanique 1 dans la direction des bandes parallèles 8. Le convertisseur électromécanique 1 délaminé du film de support 2 est enroulé dans l’étape d’enroulement 200 suivante pour former l’actionneur enroulé 20.
Les étapes d’application 30, 40, 50, 60 ci-dessus peuvent être réalisées par différents procédés d’impression utilisant des matières, par exemple à l’état liquide, dans un solvant. Il s’agit en plus du procédé par jet d’encre, du procédé d’impression par cylindre tel que par exemple du procédé d’impression hélio, typo, de sérigraphie ou d’impression à plat.
Selon une variante de réalisation de l’invention, on applique les différentes couches 3, 4, 5, 6 par co-extrusion de différentes matières, simultanément sur le film de support 2 et on applique les bandes parallèles 8 dans une étape suivante.
Il est également possible de réaliser les différentes couches 3, 4, 5, 6 par des procédés de fabrication distincts et de les assembler par laminage sur le film de support 2. L’application des bandes parallèles 8 peut se faire dans une étape suivante.
NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Convertisseur électromécanique 2 Film de support 3 Première couche 4 Troisième couche 5 Seconde couche 6 Quatrième couche 7 Tension d’alimentation externe 8 Bande parallèle 9 Surface de section des bandes parallèles 10 Intervalle des bandes parallèles 20 Actionneur enroulé 30-200 Etapes du procédé de fabrication d’un transducteur électromécanique 100 Système d’axes de coordonnées 101, 102, 103 Axes du système de coordonnées

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS 1°) Convertisseur électromécanique (1) composé d’un système de couches ayant une succession d’au moins quatre couches planes (3, 4, 5, 6), la première (3) et la troisième (4) couches étant en une première matière élastique et la seconde (5) et la quatrième (6) couches étant en une seconde matière élastique, la première matière élastique étant électro-conductrice et la seconde matière élastique étant un diélectrique, convertisseur caractérisé en ce qu’il comporte une troisième matière sous la forme de bandes (8) appliquées comme couche extérieure de la succession de couches et/ou au moins dans l’une des couches (3, 4, 5, 6) de la succession de couches de façon à augmenter la rigidité du système de couches dans la direction des couches (8).
  2. 2°) Convertisseur électromécanique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de couches s’enroule autour d’un axe perpendiculaire aux bandes (8).
  3. 3°) Convertisseur électromécanique (1) selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la première matière élastique est une électrode.
  4. 4°) Convertisseur électromécanique (1) selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le diélectrique est un élastomère.
  5. 5°) Convertisseur électromécanique (1) selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la troisième matière a un module d’élasticité supérieur à celui de la première et/ou de la seconde matière d’au moins un facteur 2, de préférence d’un facteur 10 et d’une manière particulièrement préférentielle, d’un facteur 100 et d’une manière très préférentielle, d’au moins un facteur 1000.
  6. 6°) Convertisseur électromécanique (1) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première matière élastique est une matière composite ayant une matière de support élastique définissant les propriétés mécaniques et de composants conducteurs définissant la conductivité électromécanique, notamment des particules de métal et/ou des nanotubes de carbone.
  7. 7°) Convertisseur électromécanique (1) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la seconde matière élastique est un silicone et/ou une matière acrylique.
  8. 8°) Convertisseur électromécanique (1) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la première matière et la seconde matière et/ou la troisième matières se traitent en chimie humide et/ou peuvent être appliquées.
  9. 9°) Procédé de fabrication d’un convertisseur électromécanique (1) composé d’un système de couches ayant une successions d’au moins quatre couches planes (3, 4, 5, 6), consistant à appliquer une première couche (3) d’une première matière élastique sur un film de support (2), appliquer une seconde couche (5) d’une seconde matière élastique sur la première couche (3), appliquer une troisième couche (4) de la première matière élastique sur la seconde couche (5), appliquer une quatrième couche (6) de la seconde matière élastique sur la troisième couche (4), la première matière élastique étant électro-conductrice et la seconde matière élastique étant un diélectrique, procédé caractérisé en ce que avant d’appliquer la première couche (3) sur le film de support (2), après application de la dernière couche (6) et/ou pendant l’application de l’une des couches (3, 4, 5, 6), on applique une troisième matière sous la forme de bandes (8) sur la couche extérieure de la succession de couches et/ou dans l’une des couches (3, 4, 5, 6) de la succession de couches de façon à augmenter la rigidité du système de couches dans la direction des bandes (8).
  10. 10°) Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’ au moins une des étapes (30, 40, 50, 60, 80, 81, 82, 83, 84) est un procédé par chimie humide, notamment un procédé d’impression tel qu’un procédé typo, un procédé d’impression par cylindres et/ou un procédé d’impression par jet d’encre.
  11. 11°) Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu’ après au moins l’une des étapes de procédé (30, 40, 50, 60, 80, 81, 82, 83, 84), on effectue une étape de séchage (90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98) ou une étape de durcissement.
  12. 12°) Procédé selon l’une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu’ après au moins une des étapes de procédé (30, 40, 50, 60, 80, 81, 82, 83, 84), on a une étape d’enroulement (200) consistant à enrouler le système de couches autour d’un axe perpendiculaire à la direction des bandes (8).
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