JP2006520180A - 巻かれた電気活性ポリマー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明はまた幅広い応用例および製造方法におけるこれら装置の採用を記載する。巻かれた電気活性ポリマー装置は、電気および機械エネルギー間で変換し、機械/電気エネルギー変換を提供する巻かれた電気活性ポリマーおよび少なくとも2つの電極を含む。予歪みが典型的にはポリマーに印加されえる。ある実施形態において、巻かれた電気活性ポリマー装置は、ポリマーに歪みを与える力を加えるバネのような機構を採用する。予歪みは機械/電気エネルギー変換を多くの電気活性ポリマーについて改良するので、よってこの機構は、巻かれた電気活性ポリマー装置のパフォーマンスを改善する。
Description
図1Bは、撓みを含むトランスデューサ部10の上透視図である。一般に撓みとは、任意の変位、伸長、収縮、ねじれ、直線または面歪み、またはポリマー12の一部の任意の他の変形を言う。駆動のために電極14および16に印加された、または電極によって印加された電位差に対応する電界の変化は、ポリマー12内に機械的圧力を作る。この場合、電極14および16によって作られた異極の電荷は、互いに引きつけられ、電極14および16の間に圧縮力を提供し、ポリマー12上に平面方向18および20に伸長力を提供し、ポリマー12が電極14および16間で圧縮し、平面方向18および20で伸長するように作用する。
2.巻かれた電気活性ポリマーデバイス
Claims (67)
- 電気および機械エネルギー間で変換する装置であって、
a)少なくとも1つのアクティブ領域を含む電気活性ポリマー、およびb)アクティブ領域と電気的に連通する少なくとも2つの電極を備え、前記電気活性ポリマーの少なくとも一部はロールを形成するようにそれ自身で包まれるポリマーロールトランスデューサ、
i)前記ポリマーの少なくとも一部に歪みを与える力、ii)前記ポリマーロールトランスデューサの曲げを制御する力、およびiii)これらの組み合わせのうちの少なくとも1つを提供する前記ポリマーロールトランスデューサに結合された少なくとも1つの支持部材、および
前記ポリマーロールトランスデューサに結合され、前記電気活性ポリマーの第1部分で発生した力またはモーメントが前記電気活性ポリマーの第2部分に伝搬されることを可能にする少なくとも1つの機械的リンケージ
を備える装置。 - 請求項1に記載の装置であって、
1つ以上の方向において前記エンドキャップの動きを可能にする前記支持部材に結合されたエンドキャップ
をさらに備える装置。 - 請求項2に記載の装置であって、前記エンドキャップは前記支持部材に回転可能に結合される装置。
- 請求項2に記載の装置であって、前記電気活性ポリマーの前記アクティブ領域の駆動は、前記エンドキャップを前記1つ以上の方向において動かす力を与える装置。
- 請求項2に記載の装置であって、前記電気活性ポリマーの非アクティブ領域は、前記エンドキャップを前記1つ以上の方向において動かす力を与える装置。
- 請求項2に記載の装置であって、前記電気活性ポリマーは前記エンドキャップに取り付けられている装置。
- 請求項6に記載の装置であって、前記電気活性ポリマーは前記エンドキャップに接着剤、ピン、締め具、キャップまたはそれらの組み合わせを介して取り付けられる装置。
- 請求項2に記載の装置であって、エンドキャップは、前記機械的リンケージとして振る舞うよう動作可能である装置。
- 請求項2に記載の装置であって、前記エンドキャップの位置を決定するセンサをさらに備える装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記ポリマーロールトランスデューサの前記駆動を制御する論理デバイスをさらに備える装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記支持部材に堅固に結合されたベースをさらに備える装置。
- 請求項11に記載の装置であって、前記電気活性ポリマーは前記ベースに取り付けられる装置。
- 請求項11に記載の装置であって、複数の機械的リンケージが支持部材に回転可能に結合される装置。
- 請求項13に記載の装置であって、前記機械的リンケージおよび前記支持部材は、前記ロールの中空部の中に配置される装置。
- 請求項13に記載の装置であって、機械的リンケージはディスク形状である装置。
- 請求項13に記載の装置であって、前記電気活性ポリマーパネルの多数の部分に保存された張力が複数の機械的リンケージを介して前記電気活性ポリマーの他の部分に伝達される装置。
- 請求項16に記載の装置であって、前記伝達された張力は前記電気活性ポリマーの前記アクティブ領域を駆動するのに必要とされるエネルギーを減少する装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記電気活性ポリマーは、前記支持部材、前記機械的リンケージまたはそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つに取り付けられる装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記支持部材、前記機械的リンケージまたはそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つは、前記ロールの形状を維持するように構成される装置。
- 請求項1に記載の装置であって、少なくとも1つのセンサが前記装置に結合される装置。
- 請求項20に記載の装置であって、前記センサは、前記装置の要素の角位置、角速度または角加速度のうちの1つ以上を計測または決定するよう構成される装置。
- 請求項20に記載の装置であって、前記センサは前記装置内の要素の歪みを計測する装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記ロールは、前記ロールの第1位置から前記ロールの第2位置への力またはモーメントの伝搬を制限する1つ以上の場所で切られる装置。
- 請求項23に記載の装置であって、前記1つ以上の切り口は1つ以上の筋肉ストランドを作る装置。
- 請求項24に記載の装置であって、変化する長さの複数の筋肉ストランドをさらに備える装置。
- 請求項24に記載の装置であって、前記筋肉ストランドは、前記装置にその長さに沿って1つ以上の点において取り付けられる装置。
- 請求項26に記載の装置であって、第1筋肉ストランドは、その前記装置への取り付けの前に伸長または圧縮されることによって、前記筋肉ストランドの一部の初期歪みを増加または減少させる装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記装置は、前記装置の第1要素を前記装置の第2要素に結合し、前記2つの要素間の相対的回転を可能にするジョイントを含む装置。
- 請求項28に記載の装置であって、前記第1要素は第1支持部材であり、前記第2要素は第2支持部材である装置。
- 請求項28に記載の装置であって、前記第1要素は前記支持部材であり、前記第2要素は前記機械的リンケージである装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記機械的リンケージはバネである装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記支持部材は、第2要素に回転可能に結合された第1要素を備え、前記トランスデューサは前記第1要素および前記第2要素を互いに対して異なる角位置に動かすよう構成される装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記電気活性ポリマーは1つ以上の点に取り付けられ、前記装置内で回転結合点の周りに変化する長さのモーメントアームを作り、それぞれのモーメントアームは、前記電気活性ポリマーで発生した力および前記回転結合点の間の距離である装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記支持部材または前記機械的リンケージの少なくとも一部は、前記ロールの中空の中央部内に配置される装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記支持部材または前記機械的リンケージのうちの少なくとも1つは、前記電気活性ポリマー上で異方性予歪みを与える装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記支持部材または前記機械的リンケージのうちの少なくとも1つは、前記巻かれた電気活性ポリマー上の軸方向で異方性予歪みを与える装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記支持部材または前記機械的リンケージのうちの少なくとも1つは、前記巻かれた電気活性ポリマー上の周方向で異方性予歪みを与える装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記支持部材または前記機械的リンケージのうちの少なくとも1つは、前記ポリマー上に張力を与える装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記電気活性ポリマーは誘電体エラストマである装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記電気活性ポリマーは多くとも約100MPaの弾性係数を有する装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記支持部材は、複数の望遠鏡型チューブを備える装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記電気活性ポリマーは、前記支持部材または前記機械的リンケージに接着剤、ピン、締め具、キャップまたはそれらの組み合わせを介して取り付けられる装置。
- 請求項42に記載の装置であって、前記接着剤、ピン、締め具またはキャップは電気伝導性であり、前記アクティブ領域と電気的連通を与える装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記装置は生体ロボットの一部である装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記装置はセンサの一部である装置。
- 請求項45に記載の装置であって、前記センサは、角位置、直線位置、角速度、直線速度、角加速度、直線加速度またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つ検出する装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記装置は、前記装置の外で発生された力、モーメントまたはそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つを前記支持部材および前記機械的リンケージを介して受け取るよう構成される装置。
- 請求項45に記載の装置であって、前記装置は、フィードバック力、フィードバックモーメントまたはそれらの組み合わせを前記受け取られた力または前記受け取られたモーメントに応答して発生するよう構成される装置。
- 請求項1に記載の装置であって、前記装置はジョイスティックの一部である装置。
- 請求項に記載の装置であって、前記装置は自動車の一部である装置。
- 電気活性ポリマー装置を製造する方法であって、
電気活性ポリマー上に少なくとも2つの電極を設けること、
前記電気活性ポリマーを支持部材、機械的リンケージ、エンドキャップ、ベースまたはそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つの周りに巻いて、電気活性ポリマーロールを作ること、および
前記電気活性ポリマーロールを固定してその巻かれた構成を維持すること
を含む方法。 - 請求項51に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは、前記機械的リンケージに結合される前記支持部材の周りに巻かれる方法。
- 請求項51に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは、前記支持部材に回転可能に結合された前記エンドキャップおよび前記ベースに堅固に結合された前記支持部材の周りに巻かれる方法。
- 請求項51に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは、前記支持部材、前記機械的リンケージ、前記エンドキャップ、前記ベースまたはそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つに固定される方法。
- 請求項54に記載の方法であって、ポリマーロールは、接着剤、ピン、締め具、キャップまたはそれらの組み合わせの少なくとも1つを用いて固定される装置。
- 請求項51に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーの1つ以上の部分は、張力のある状態で固定される方法。
- 請求項51に記載の方法であって、前記機械的リンケージは、前記電気活性ポリマーの第1部分で発生された力またはモーメントが前記電気活性ポリマーの第2部分へ伝搬することを可能にする方法。
- 請求項51に記載の方法であって、前記支持部材は、i)前記電気活性ポリマーの少なくとも一部に歪みを与える力、ii)前記電気活性ポリマーロールの曲げを制御する力、およびiii)これらの組み合わせのうちの少なくとも1つを提供する方法。
- 請求項51に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーロールの第1位置から前記電気活性ポリマーロールの第2位置への力またはモーメントの伝搬を制限する1つ以上の場所で電気活性ポリマーロールを切ることをさらに含む方法。
- 請求項59に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーロールは、複数の筋肉ストランドに切られる方法。
- 請求項60に記載の方法であって、前記筋肉ストランドは、変化する長さである方法。
- 請求項60に記載の方法であって、前記筋肉ストランドは、3つ以上の点において固定される方法。
- 請求項60に記載の方法であって、第1筋肉ストランドの端点を固定すること、前記第1筋肉ストランドを前記端点間で伸長または圧縮することによって前記第1筋肉ストランドの一部の歪みを変えること、および前記取り付け点を固定することをさらに含む方法。
- 請求項51に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは誘電体エラストマである方法。
- 電気および機械エネルギー間で変換する装置であって、
a)少なくとも1つのアクティブ領域を含む電気活性ポリマーであって、前記アクティブ領域は電界に応答して変形するよう構成される電気活性ポリマー、およびb)アクティブ領域と電気的に連通する少なくとも2つの電極備え、前記電気活性ポリマーの少なくとも一部はロールを形成するようにそれ自身で包まれるポリマーロールトランスデューサ、
i)前記ポリマーの少なくとも一部に歪みを与える力、ii)前記ポリマーロールトランスデューサの曲げを制御する力、およびiii)これらの組み合わせのうちの少なくとも1つを提供する前記ポリマーロールトランスデューサに結合された少なくとも1つの支持部材、および
前記支持部材に結合され、前記ポリマーロールトランスデューサに結合され、前記電気活性ポリマーの第1部分で発生した力またはモーメントが前記電気活性ポリマーの第2部分に伝搬されることを可能にする複数の機械的リンケージ
を備える装置。 - 請求項65に記載の装置であって、前記機械的リンケージは回転可能に前記支持部材に結合される装置。
- 請求項65に記載の装置であって、前記機械的リンケージはディスク形状である装置。
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