JP2013070620A - 電気活性ポリマーの予歪み - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ここで記載される電気活性ポリマーは、予歪みされた部分および予歪みされた部分において予歪みを維持するよう構成される剛性化された部分を含みえる。ある製造技術は、部分的に硬化された電気活性ポリマーに予歪みを与える。部分的に硬化されたポリマーは、予歪みを剛性化および維持するためにそれからさらに硬化される。他の製造技術において、支持レイヤが電気活性ポリマーの一部において予歪みを維持する前記ポリマーと結合される。本発明の他の実施形態は、電気活性ポリマー内で予歪みを維持するためにポリマー前駆体を硬化させる。
【選択図】図2B
Description
本発明のトランスデューサおよびデバイスにおける電気および機械エネルギー間の変換は、電気活性ポリマーのエラスタンスおよび電気活性ポリマーの1つ以上の部分のエネルギー変換に基づく。電気エネルギーを機械エネルギーへ変換する電気活性ポリマーのパフォーマンスを示すのに役立つよう、図1Aは、本発明のある実施形態によるトランスデューサ部10の上部透視図である。電気活性ポリマートランスデューサがここで構造体として説明されるが、当業者には本発明は後述されるような動作を実行する方法を包含することが理解されよう。
電気活性ポリマー12、または1つ以上のその部分は予歪みが与えられる。多くのポリマーのパフォーマンスは、ポリマーが面積で予歪みされると顕著に増される。多くのポリマーについて、予歪みは、電気的および機械的エネルギー間の変換を改善する。改善された機械的応答は、電気活性ポリマーについてより大きな機械的仕事、例えばより大きな撓みおよびアクチュエーション圧力を可能にする。ある実施形態において、予歪みは、ポリマーの誘電強度を改善する。例えば10倍から25倍の面積増加は、多くの電気活性ポリマーエラストマーのパフォーマンスを改善する。
本発明は、ポリマーおよび/または積層体の剛性化された部分を用いて、予歪みを電気活性ポリマーの1つ以上の部分について維持する。ポリマーまたはその一部について予歪みを維持するフレームまたは1つ以上の構造的支持部として形づくられた剛性化された部分を有する電気活性ポリマー、トランスデューサまたはデバイスの構成は数え切れないほど存在する。電気活性ポリマーデバイスのためのフレームおよび構造的な要素の多くの例は、共有される米国特許第6,545,384号にさらに記載され、上で参照によって援用された。いくつかの例示的電気活性ポリマー構成がここで説明を進めるために示される。
予歪みポリマーは、幅広いアクチュエータ設計において、幅広い材料を用いて、幅広い応用例において微視および巨視スケールの両方で実現されえるので、本発明と共に用いられる製造プロセスは非常に大きく変わりえる。ある局面において、本発明は、電気活性ポリマーおよび1つ以上の予歪みされたポリマーを含む電気活性ポリマートランスデューサおよびデバイスを製造する方法を提供する。
他の局面において、本発明は、電気活性ポリマーの一部において予歪みを維持するポリマーに結合された支持レイヤを備える電気活性ポリマーを製造する方法に関する。
他の実施形態において、本発明は、ポリマー前駆体を硬化させて、電気活性ポリマー中で予歪みを維持する。硬化可能なポリマー前駆体は、電気活性ポリマーシートまたはフィルムの表面に塗布され、フィルムをコーティング、フィルムに分散または拡散することを可能にされえる。添加剤はそれから硬化され、1つ以上のより剛性のある部分を形成する。場合によっては、硬化は「ロックイン」し、ポリマー鎖の架橋された網を形成することによって電気活性ポリマーフィルム中に予歪みを維持する。
他の実施形態において、支持レイヤのための前駆体は、例えば薄膜へのポリマーの形成の前に、電気活性ポリマーのための前駆体と混合される。これは、エラストマーのような化学的に架橋されておらず、したがって溶解され支持ポリマー前駆体と共に混合されえる電気活性ポリマーのために有用である。
電気活性ポリマーは、双方向で電気的エネルギーおよび機械的エネルギー間で変換しえる。よって、ここで説明されたトランスデューサは、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換するアクチュエータ、および/または機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する発電機として用いられえる。電気活性ポリマートランスデューサの電気的特性を検出することは、センシング機能を可能にする。
本発明は、いくつかの好ましい実施形態について記載されてきたが、簡潔さのために省略された本発明の範囲に入る改変物、組み合わせ、および等価物が存在する。例として、本発明はいくつかのポリマー材料および幾何学的形状について記載されてきたが、本発明は、これら材料および幾何学的形状に限定されない。したがって本発明の範囲は添付の特許請求の範囲を参照して決定されるべきだと意図される。
[適用例1]
電気的および機械的エネルギーの間で変換する電気活性ポリマートランスデューサであって、
少なくとも2つの電極、および
予歪みされた部分を含み、前記予歪みされた部分における予歪みを維持するよう構成される剛性化された部分を含む前記少なくとも2つの電極と電気的連通にある電気活性ポリマー
を備えるトランスデューサ。
[適用例2]
適用例1に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマーは、コンプライアンスを有する電気活性ポリマーフィルム、および前記コンプライアンスを有する電気活性ポリマーフィルム内またはその上に形成され前記剛性化されたポリマー部分を定義する支持ポリマーを備えるトランスデューサ。
[適用例3]
適用例1に記載のトランスデューサであって、前記剛性化された部分は、前記予歪みを少なくとも部分的に維持するために前記電気活性ポリマーが予歪みされているあいだに硬化されたポリマー要素を備えるトランスデューサ。
[適用例4]
適用例1に記載のトランスデューサであって、前記剛性化された部分は、前記予歪みされた部分を伸長することから生じる前記予歪みされた部分における弾性圧縮力に反対する力を提供するよう構成されるトランスデューサ。
[適用例5]
適用例1に記載のトランスデューサであって、前記剛性化された部分は前記予歪みされた部分と周辺で境界をなすトランスデューサ。
[適用例6]
適用例1に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマーは、約40MPa未満の弾性係数を備えるトランスデューサ。
[適用例7]
適用例6に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマーは、約10MPa未満の弾性係数を備えるトランスデューサ。
[適用例8]
適用例1に記載のトランスデューサであって、前記剛性化されたポリマー部分は、約10MPa未満の弾性係数を備えるトランスデューサ。
[適用例9]
適用例8に記載のトランスデューサであって、前記剛性化されたポリマー部分は、約50MPaより大きい弾性係数を備えるトランスデューサ。
[適用例10]
適用例1に記載のトランスデューサであって、前記予歪みされた部分は非等方性予歪みを含むトランスデューサ。
[適用例11]
適用例1に記載のトランスデューサであって、前記予歪みされた部分は弾性的に予歪みされているトランスデューサ。
[適用例12]
適用例1に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマートランスデューサは、前記予歪みされた部分において予歪みを維持するよう構成される外部フレームまたは外部メカニズムを含まないトランスデューサ。
[適用例13]
適用例1に記載のトランスデューサであって、予歪みされた部分は、実質的に電気活性ポリマーの全体を含むトランスデューサ。
[適用例14]
適用例1に記載のトランスデューサであって、前記剛性化された部分は、主方向によって特徴付けられる直線セグメントを備え、前記直線セグメントは、前記主方向において前記予歪みされた部分の撓みを低減するトランスデューサ。
[適用例15]
電気的および機械的エネルギーの間で変換する電気活性ポリマートランスデューサであって、
少なくとも2つの電極、および
前記少なくとも2つの電極と電気的連通にあり、予歪みされた部分を含む電気活性ポリマー、および
前記電気活性ポリマーの表面部分に結合され、前記予歪みされた部分において予歪みを維持するよう構成される支持レイヤ
を備えるトランスデューサ。
[適用例16]
適用例15に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは前記予歪みされた部分に重なるトランスデューサ。
[適用例17]
適用例16に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは、前記少なくとも2つの電極のうちの1つの上に配置されるトランスデューサ。
[適用例18]
適用例15に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは前記表面部分に積層化されているトランスデューサ。
[適用例19]
適用例15に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは、前記電気活性ポリマーよりも大きい剛性を備えるトランスデューサ。
[適用例20]
適用例15に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは前記電気活性ポリマーと同じ材料を備えるトランスデューサ。
[適用例21]
適用例15に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは前記電気活性ポリマーの撓みで撓むように構成されるトランスデューサ。
[適用例22]
適用例21に記載のトランスデューサであって、前記表面部分は幾何学的形状に似るトランスデューサ。
[適用例23]
適用例15に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマーは、約40MPa未満の弾性係数を備えるトランスデューサ。
[適用例24]
適用例23に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマーは、約10MPa未満の弾性係数を備えるトランスデューサ。
[適用例25]
適用例15に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは、約50MPaより大きい弾性係数を備えるトランスデューサ。
[適用例26]
適用例25に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは、約10MPa未満の弾性係数を備えるトランスデューサ。
[適用例27]
適用例15に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマートランスデューサは、前記予歪みされた部分において予歪みを維持するよう構成される外部フレームまたは外部メカニズムを含まないトランスデューサ。
[適用例28]
適用例15に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは、前記電気活性ポリマーのそれより小さい電気抵抗を備えるトランスデューサ。
[適用例29]
適用例28に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは、前記トランスデューサの電極として構成されるトランスデューサ。
[適用例30]
適用例15に記載のトランスデューサであって、前記予歪みされた部分は非等方性予歪みを含むトランスデューサ。
[適用例31]
適用例15に記載のトランスデューサであって、前記予歪みされた部分は弾性的に予歪みされるトランスデューサ。
[適用例32]
電気的および機械的エネルギーの間で変換する電気活性ポリマートランスデューサであって、
少なくとも2つの電極、および
前記少なくとも2つの電極と電気的連通にあり、予歪みされた第1部分および予歪みされた第2部分を含む電気活性ポリマー
を備え、
前記予歪みされた第1部分は、前記予歪みされた第2部分よりも大きい予歪みを備えるトランスデューサ。
[適用例33]
適用例32に記載のトランスデューサであって、前記予歪みされた第1部分は、非等方性予歪みを含むトランスデューサ。
[適用例34]
適用例32に記載のトランスデューサであって、前記予歪みされた第1部分は、直線方向において前記予歪みされた第2部分よりも大きい予歪みを備えるトランスデューサ。
[適用例35]
適用例32に記載のトランスデューサであって、前記予歪みされた第1部分および前記予歪みされた第2部分は、それぞれの部分を剛性化するために少なくとも部分的に硬化されたポリマー要素をそれぞれ備えるトランスデューサ。
[適用例36]
適用例32に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマーは、コンプライアンスを有する電気活性ポリマーフィルムおよび前記コンプライアンスを有する電気活性ポリマーフィルム内またはそれの上に形成された支持ポリマーを備えるトランスデューサ。
[適用例36]
適用例36に記載のトランスデューサであって、前記支持ポリマーの硬化は、前記予歪みされた第1部分および前記予歪みされた第2部分を定義するトランスデューサ。
[適用例37]
適用例36に記載のトランスデューサであって、前記予歪みされた第1部分は、前記予歪みされた第2部分より大きい前記支持ポリマーの濃度を備えるトランスデューサ。
[適用例38]
適用例32に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマーは、約40MPa未満の弾性係数を備えるトランスデューサ。
[適用例39]
適用例38に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマーは、約10MPa未満の弾性係数を備えるトランスデューサ。
[適用例40]
適用例32に記載のトランスデューサであって、前記予歪みされた第1部分および前記予歪みされた第2部分は弾性的に予歪みされているトランスデューサ。
[適用例41]
適用例32に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマートランスデューサは、前記予歪みされた第1部分および前記予歪みされた第2部分において予歪みを維持するよう構成される外部フレームまたは外部メカニズムを含まないトランスデューサ。
[適用例42]
電気活性ポリマーを形成する方法であって、
部分的に硬化された電気活性ポリマーを形成するための電気活性ポリマーのための前駆体を部分的に硬化させること、
前記電気活性ポリマーについての予歪みを実現するために前記部分的に硬化された電気活性ポリマーを伸長すること、および
前記部分を剛性化するために前記電気活性ポリマーの一部をさらに硬化させること
を含む方法。
[適用例43]
適用例42に記載の方法であって、前記部分的に硬化させること、または前記さらに硬化させることは、熱的硬化を採用する方法。
[適用例44]
適用例42に記載の方法であって、前記剛性化された部分は、前記電気活性ポリマーの予歪みされた第2部分と境界をなし、前記剛性化された部分は前記予歪みされた第2部分についての予歪みを維持するよう構成される方法。
[適用例45]
適用例44に記載の方法であって、前記剛性化された部分は、前記予歪みされた部分における弾性圧縮力に反対する力を提供するよう構成されるトランスデューサ。
[適用例46]
適用例42に記載の方法であって、前記剛性化された部分は、約10MPaより大きい弾性係数を備えるようにさらに硬化される方法。
[適用例47]
適用例42に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーをさらに硬化させることは、前記電気活性ポリマーを照射に曝露することを含む方法。
[適用例48]
適用例47に記載の方法であって、前記部分の形状およびサイズを定義する前記ポリマーの表面にマスクを適用することをさらに含む方法。
[適用例49]
適用例48に記載の方法であって、前記マスクは、前記部分および前記電気活性ポリマーの第2部分に差分照射曝露を行う方法。
[適用例50]
適用例49に記載の方法であって、前記マスクは、前記電気活性ポリマーのエッジ部分への照射曝露の量を減らす方法。
[適用例51]
適用例42に記載の方法であって、前記部分は、硬化されるときに少なくとも部分的に電気活性ポリマーを剛性化するポリマー前駆体を備える方法。
[適用例52]
適用例42に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは、コンプライアンスを有する電気活性ポリマーフィルム、および前記コンプライアンスを有する電気活性ポリマーフィルム内またはその上に形成された支持ポリマーを備える方法。
[適用例53]
適用例52に記載の方法であって、前記支持ポリマーの硬化は前記部分を剛性化する方法。
[適用例54]
適用例42に記載の方法であって、前記部分的に硬化された電気活性ポリマーは、前記部分的に硬化された電気活性ポリマーを弾性的に伸長するのに適する機械的完全性を備える方法。
[適用例55]
適用例42に記載の方法であって、電気活性ポリマーは第2方向より第1方向において大きく伸長される方法。
[適用例56]
適用例42に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは、弾性予歪みを達成するために伸長される方法。
[適用例57]
適用例42に記載の方法であって、電極を前記電気活性ポリマーの表面に堆積することをさらに含む方法。
[適用例58]
適用例57に記載の方法であって、前記電極は前記ポリマー上にスプレーされる方法。
[適用例59]
電気活性ポリマーを形成する方法であって、
前記ポリマーの一部において予歪みを実現するために前記電気活性ポリマーを伸長すること、および
前記ポリマーが予歪みされるとき、前記ポリマーの表面部分に支持レイヤを結合させること
を含む方法であって、前記支持レイヤは、前記予歪みされた部分に重なり、少なくとも部分的に前記部分において前記予歪みを維持する方法。
[適用例60]
適用例59に記載の方法であって、
前記支持レイヤが前記表面部分に結合される状態で、前記予歪みを維持するためにフレームで前記電気活性ポリマーを保持すること、および
前記電気活性ポリマーを前記フレームから解放すること
を含む方法。
[適用例61]
適用例59に記載の方法であって、前記支持レイヤは、前記ポリマーについての弾性係数より大きい弾性係数を備える方法。
[適用例62]
適用例59に記載の方法であって、前記表面部分は電極と重なる方法。
[適用例63]
適用例59に記載の方法であって、前記表面部分は幾何学的形状に類似する方法。
[適用例64]
適用例59に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは、約10MPa未満の弾性係数を備える方法。
[適用例65]
適用例59に記載の方法であって、前記支持レイヤは、約10MPa未満の弾性係数を備える方法。
[適用例66]
適用例59に記載の方法であって、前記支持レイヤを前記ポリマーに結合させる前に、電極を前記電気活性ポリマーの表面に堆積することをさらに含む方法。
[適用例67]
適用例66に記載の方法であって、前記電極は前記ポリマー上にスプレーされる方法。
[適用例68]
適用例59に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーがトランスデューサ内で採用されるときに、前記支持レイヤは前記電気活性ポリマーについての電極として働く方法。
[適用例69]
適用例59に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは第2方向より第1方向において大きく伸長される方法。
[適用例70]
適用例59に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは、弾性予歪みを達成するために伸長される方法。
[適用例71]
電気活性ポリマーを形成する方法であって、
ポリマー前駆体を前記電気活性ポリマーの一部の表面に塗布すること、
予歪みを実現するために前記電気活性ポリマーを伸長すること、および
前記部分を剛性化するために前記ポリマー前駆体を硬化すること
を含む方法。
[適用例72]
適用例71に記載の方法であって、前記ポリマー前駆体は、前記電気活性ポリマーが予歪みされた後で、前記表面上に塗布される方法。
[適用例73]
適用例71に記載の方法であって、前記剛性化された部分は、硬化の後に前記剛性化された部分おいて前記予歪みを少なくとも部分的に維持する方法。
[適用例74]
適用例73に記載の方法であって、電極を前記部分上の前記表面に設けることをさらに含む方法。
[適用例75]
適用例71に記載の方法であって、剛性化された部分は、前記電気活性ポリマーの予歪みされた第2部分と境界をなす方法。
[適用例76]
適用例75に記載の方法であって、電極を前記予歪みされた第2部分の表面上の前記表面にさらに備える方法。
[適用例77]
適用例71に記載の方法であって、前記ポリマー前駆体を前記電気活性ポリマーの第2部分上に塗布することをさらに含む方法。
[適用例78]
適用例77に記載の方法であって、前記第1部分よりも前記第2部分に前記ポリマー前駆体のより多い量が塗布される方法。
[適用例79]
適用例71に記載の方法であって、前記ポリマー前駆体を前記部分内に拡散させることをさらに含む方法。
[適用例80]
適用例71に記載の方法であって、前記ポリマー前駆体は、前記電気活性ポリマーの前記表面部分にスプレーされる方法。
[適用例81]
適用例80に記載の方法であって、前記部分の形状およびサイズを定義するマスクを前記ポリマー表面に適用することをさらに備える方法。
[適用例82]
適用例81に記載の方法であって、前記予歪みを実現するために前記電気活性ポリマーを伸長することは、前記電気活性ポリマーを歪みが与えられた状態に保持するフレームを用いる方法。
[適用例83]
適用例82に記載の方法であって、硬化が完了した後で、前記電気活性ポリマーを前記フレームから解放することをさらに備える方法。
[適用例84]
適用例71に記載の方法であって、電気活性ポリマーは第2方向より第1方向において大きく伸長される方法。
[適用例85]
適用例71に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは、弾性予歪みを達成するために伸長される方法。
[適用例86]
適用例71に記載の方法であって、前記ポリマー前駆体を硬化させることは、前記部分を照射に曝露することを含む方法。
[適用例87]
適用例86に記載の方法であって、前記部分の形状およびサイズを定義する前記電気活性ポリマーの表面にマスクを適用することをさらに含む方法。
[適用例88]
適用例75に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーを形成することをさらに含む方法。
[適用例89]
電気活性ポリマーを形成する方法であって、
電気活性ポリマーのための前駆体および支持ポリマーのための前駆体を備える混合物を提供すること、
前記混合物から前記電気活性ポリマーを形成すること、
前記電気活性ポリマーの一部において予歪みを実現するために前記電気活性ポリマーを伸長すること、および
前記ポリマーの剛性化された部分中に前記支持ポリマーを形成するために前記支持ポリマーのための前記前駆体を硬化すること
を含む方法。
[適用例90]
適用例89に記載の方法であって、前記剛性化された部分は、前記予歪みされた部分に重なる方法。
[適用例91]
適用例90に記載の方法であって、電極を前記予歪みされた部分上の表面に設けることをさらに含む方法。
[適用例92]
適用例89に記載の方法であって、前記剛性化された部分は、前記電気活性ポリマーの前記予歪みされた部分に隣接する方法。
[適用例93]
適用例89に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは、弾性予歪みを実現するために伸長される方法。
[適用例94]
適用例89に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーを形成することは前記混合物をキャスティングすることを含む方法。
[適用例95]
適用例89に記載の方法であって、前記支持ポリマーのための前記前駆体は、前記剛性化された部分のための表面を照射に曝露することを含む方法。
[適用例96]
適用例95に記載の方法であって、前記剛性化された部分の形状およびサイズを定義するマスクを前記ポリマー表面に適用することをさらに含む方法。
[適用例97]
適用例96に記載の方法であって、前記マスクは差分照射曝露を前記剛性化された部分および前記電気活性ポリマーの第2部分に行う方法。
[適用例98]
適用例97に記載の方法であって、前記マスクは、前記電気活性ポリマーのエッジ部分への照射曝露の量を減らす方法。
[適用例99]
適用例89に記載の方法であって、前記予歪みを実現するために前記電気活性ポリマーを伸長することは、前記電気活性ポリマーを歪みが与えられた状態に保持するフレームを用いる方法。
[適用例100]
適用例99に記載の方法であって、照射曝露が完了した後、前記電気活性ポリマーを前記フレームから解放することをさらに含む方法。
[適用例101]
適用例89に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは第2方向より第1方向において大きく伸長される方法。
Claims (102)
- 電気的および機械的エネルギーの間で変換する電気活性ポリマートランスデューサであって、
少なくとも2つの電極、および
予歪みされた部分を含み、前記予歪みされた部分における予歪みを維持するよう構成される剛性化された部分を含む前記少なくとも2つの電極と電気的連通にある電気活性ポリマー
を備えるトランスデューサ。 - 請求項1に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマーは、コンプライアンスを有する電気活性ポリマーフィルム、および前記コンプライアンスを有する電気活性ポリマーフィルム内またはその上に形成され前記剛性化されたポリマー部分を定義する支持ポリマーを備えるトランスデューサ。
- 請求項1に記載のトランスデューサであって、前記剛性化された部分は、前記予歪みを少なくとも部分的に維持するために前記電気活性ポリマーが予歪みされているあいだに硬化されたポリマー要素を備えるトランスデューサ。
- 請求項1に記載のトランスデューサであって、前記剛性化された部分は、前記予歪みされた部分を伸長することから生じる前記予歪みされた部分における弾性圧縮力に反対する力を提供するよう構成されるトランスデューサ。
- 請求項1に記載のトランスデューサであって、前記剛性化された部分は前記予歪みされた部分と周辺で境界をなすトランスデューサ。
- 請求項1に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマーは、約40MPa未満の弾性係数を備えるトランスデューサ。
- 請求項6に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマーは、約10MPa未満の弾性係数を備えるトランスデューサ。
- 請求項1に記載のトランスデューサであって、前記剛性化されたポリマー部分は、約10MPa未満の弾性係数を備えるトランスデューサ。
- 請求項8に記載のトランスデューサであって、前記剛性化されたポリマー部分は、約50MPaより大きい弾性係数を備えるトランスデューサ。
- 請求項1に記載のトランスデューサであって、前記予歪みされた部分は非等方性予歪みを含むトランスデューサ。
- 請求項1に記載のトランスデューサであって、前記予歪みされた部分は弾性的に予歪みされているトランスデューサ。
- 請求項1に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマートランスデューサは、前記予歪みされた部分において予歪みを維持するよう構成される外部フレームまたは外部メカニズムを含まないトランスデューサ。
- 請求項1に記載のトランスデューサであって、予歪みされた部分は、実質的に電気活性ポリマーの全体を含むトランスデューサ。
- 請求項1に記載のトランスデューサであって、前記剛性化された部分は、主方向によって特徴付けられる直線セグメントを備え、前記直線セグメントは、前記主方向において前記予歪みされた部分の撓みを低減するトランスデューサ。
- 電気的および機械的エネルギーの間で変換する電気活性ポリマートランスデューサであって、
少なくとも2つの電極、および
前記少なくとも2つの電極と電気的連通にあり、予歪みされた部分を含む電気活性ポリマー、および
前記電気活性ポリマーの表面部分に結合され、前記予歪みされた部分において予歪みを維持するよう構成される支持レイヤ
を備えるトランスデューサ。 - 請求項15に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは前記予歪みされた部分に重なるトランスデューサ。
- 請求項16に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは、前記少なくとも2つの電極のうちの1つの上に配置されるトランスデューサ。
- 請求項15に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは前記表面部分に積層化されているトランスデューサ。
- 請求項15に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは、前記電気活性ポリマーよりも大きい剛性を備えるトランスデューサ。
- 請求項15に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは前記電気活性ポリマーと同じ材料を備えるトランスデューサ。
- 請求項15に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは前記電気活性ポリマーの撓みで撓むように構成されるトランスデューサ。
- 請求項21に記載のトランスデューサであって、前記表面部分は幾何学的形状に似るトランスデューサ。
- 請求項15に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマーは、約40MPa未満の弾性係数を備えるトランスデューサ。
- 請求項23に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマーは、約10MPa未満の弾性係数を備えるトランスデューサ。
- 請求項15に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは、約50MPaより大きい弾性係数を備えるトランスデューサ。
- 請求項25に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは、約10MPa未満の弾性係数を備えるトランスデューサ。
- 請求項15に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマートランスデューサは、前記予歪みされた部分において予歪みを維持するよう構成される外部フレームまたは外部メカニズムを含まないトランスデューサ。
- 請求項15に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは、前記電気活性ポリマーのそれより小さい電気抵抗を備えるトランスデューサ。
- 請求項28に記載のトランスデューサであって、前記支持レイヤは、前記トランスデューサの電極として構成されるトランスデューサ。
- 請求項15に記載のトランスデューサであって、前記予歪みされた部分は非等方性予歪みを含むトランスデューサ。
- 請求項15に記載のトランスデューサであって、前記予歪みされた部分は弾性的に予歪みされるトランスデューサ。
- 電気的および機械的エネルギーの間で変換する電気活性ポリマートランスデューサであって、
少なくとも2つの電極、および
前記少なくとも2つの電極と電気的連通にあり、予歪みされた第1部分および予歪みされた第2部分を含む電気活性ポリマー
を備え、
前記予歪みされた第1部分は、前記予歪みされた第2部分よりも大きい予歪みを備えるトランスデューサ。 - 請求項32に記載のトランスデューサであって、前記予歪みされた第1部分は、非等方性予歪みを含むトランスデューサ。
- 請求項32に記載のトランスデューサであって、前記予歪みされた第1部分は、直線方向において前記予歪みされた第2部分よりも大きい予歪みを備えるトランスデューサ。
- 請求項32に記載のトランスデューサであって、前記予歪みされた第1部分および前記予歪みされた第2部分は、それぞれの部分を剛性化するために少なくとも部分的に硬化されたポリマー要素をそれぞれ備えるトランスデューサ。
- 請求項32に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマーは、コンプライアンスを有する電気活性ポリマーフィルムおよび前記コンプライアンスを有する電気活性ポリマーフィルム内またはそれの上に形成された支持ポリマーを備えるトランスデューサ。
- 請求項36に記載のトランスデューサであって、前記支持ポリマーの硬化は、前記予歪みされた第1部分および前記予歪みされた第2部分を定義するトランスデューサ。
- 請求項36に記載のトランスデューサであって、前記予歪みされた第1部分は、前記予歪みされた第2部分より大きい前記支持ポリマーの濃度を備えるトランスデューサ。
- 請求項32に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマーは、約40MPa未満の弾性係数を備えるトランスデューサ。
- 請求項38に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマーは、約10MPa未満の弾性係数を備えるトランスデューサ。
- 請求項32に記載のトランスデューサであって、前記予歪みされた第1部分および前記予歪みされた第2部分は弾性的に予歪みされているトランスデューサ。
- 請求項32に記載のトランスデューサであって、前記電気活性ポリマートランスデューサは、前記予歪みされた第1部分および前記予歪みされた第2部分において予歪みを維持するよう構成される外部フレームまたは外部メカニズムを含まないトランスデューサ。
- 電気活性ポリマーを形成する方法であって、
部分的に硬化された電気活性ポリマーを形成するための電気活性ポリマーのための前駆体を部分的に硬化させること、
前記電気活性ポリマーについての予歪みを実現するために前記部分的に硬化された電気活性ポリマーを伸長すること、および
前記部分を剛性化するために前記電気活性ポリマーの一部をさらに硬化させること
を含む方法。 - 請求項42に記載の方法であって、前記部分的に硬化させること、または前記さらに硬化させることは、熱的硬化を採用する方法。
- 請求項42に記載の方法であって、前記剛性化された部分は、前記電気活性ポリマーの予歪みされた第2部分と境界をなし、前記剛性化された部分は前記予歪みされた第2部分についての予歪みを維持するよう構成される方法。
- 請求項44に記載の方法であって、前記剛性化された部分は、前記予歪みされた部分における弾性圧縮力に反対する力を提供するよう構成されるトランスデューサ。
- 請求項42に記載の方法であって、前記剛性化された部分は、約10MPaより大きい弾性係数を備えるようにさらに硬化される方法。
- 請求項42に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーをさらに硬化させることは、前記電気活性ポリマーを照射に曝露することを含む方法。
- 請求項47に記載の方法であって、前記部分の形状およびサイズを定義する前記ポリマーの表面にマスクを適用することをさらに含む方法。
- 請求項48に記載の方法であって、前記マスクは、前記部分および前記電気活性ポリマーの第2部分に差分照射曝露を行う方法。
- 請求項49に記載の方法であって、前記マスクは、前記電気活性ポリマーのエッジ部分への照射曝露の量を減らす方法。
- 請求項42に記載の方法であって、前記部分は、硬化されるときに少なくとも部分的に電気活性ポリマーを剛性化するポリマー前駆体を備える方法。
- 請求項42に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは、コンプライアンスを有する電気活性ポリマーフィルム、および前記コンプライアンスを有する電気活性ポリマーフィルム内またはその上に形成された支持ポリマーを備える方法。
- 請求項52に記載の方法であって、前記支持ポリマーの硬化は前記部分を剛性化する方法。
- 請求項42に記載の方法であって、前記部分的に硬化された電気活性ポリマーは、前記部分的に硬化された電気活性ポリマーを弾性的に伸長するのに適する機械的完全性を備える方法。
- 請求項42に記載の方法であって、電気活性ポリマーは第2方向より第1方向において大きく伸長される方法。
- 請求項42に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは、弾性予歪みを達成するために伸長される方法。
- 請求項42に記載の方法であって、電極を前記電気活性ポリマーの表面に堆積することをさらに含む方法。
- 請求項57に記載の方法であって、前記電極は前記ポリマー上にスプレーされる方法。
- 電気活性ポリマーを形成する方法であって、
前記ポリマーの一部において予歪みを実現するために前記電気活性ポリマーを伸長すること、および
前記ポリマーが予歪みされるとき、前記ポリマーの表面部分に支持レイヤを結合させること
を含む方法であって、前記支持レイヤは、前記予歪みされた部分に重なり、少なくとも部分的に前記部分において前記予歪みを維持する方法。 - 請求項59に記載の方法であって、
前記支持レイヤが前記表面部分に結合される状態で、前記予歪みを維持するためにフレームで前記電気活性ポリマーを保持すること、および
前記電気活性ポリマーを前記フレームから解放すること
を含む方法。 - 請求項59に記載の方法であって、前記支持レイヤは、前記ポリマーについての弾性係数より大きい弾性係数を備える方法。
- 請求項59に記載の方法であって、前記表面部分は電極と重なる方法。
- 請求項59に記載の方法であって、前記表面部分は幾何学的形状に類似する方法。
- 請求項59に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは、約10MPa未満の弾性係数を備える方法。
- 請求項59に記載の方法であって、前記支持レイヤは、約10MPa未満の弾性係数を備える方法。
- 請求項59に記載の方法であって、前記支持レイヤを前記ポリマーに結合させる前に、電極を前記電気活性ポリマーの表面に堆積することをさらに含む方法。
- 請求項66に記載の方法であって、前記電極は前記ポリマー上にスプレーされる方法。
- 請求項59に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーがトランスデューサ内で採用されるときに、前記支持レイヤは前記電気活性ポリマーについての電極として働く方法。
- 請求項59に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは第2方向より第1方向において大きく伸長される方法。
- 請求項59に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは、弾性予歪みを達成するために伸長される方法。
- 電気活性ポリマーを形成する方法であって、
ポリマー前駆体を前記電気活性ポリマーの一部の表面に塗布すること、
予歪みを実現するために前記電気活性ポリマーを伸長すること、および
前記部分を剛性化するために前記ポリマー前駆体を硬化すること
を含む方法。 - 請求項71に記載の方法であって、前記ポリマー前駆体は、前記電気活性ポリマーが予歪みされた後で、前記表面上に塗布される方法。
- 請求項71に記載の方法であって、前記剛性化された部分は、硬化の後に前記剛性化された部分おいて前記予歪みを少なくとも部分的に維持する方法。
- 請求項73に記載の方法であって、電極を前記部分上の前記表面に設けることをさらに含む方法。
- 請求項71に記載の方法であって、剛性化された部分は、前記電気活性ポリマーの予歪みされた第2部分と境界をなす方法。
- 請求項75に記載の方法であって、電極を前記予歪みされた第2部分の表面上の前記表面にさらに備える方法。
- 請求項71に記載の方法であって、前記ポリマー前駆体を前記電気活性ポリマーの第2部分上に塗布することをさらに含む方法。
- 請求項77に記載の方法であって、前記第1部分よりも前記第2部分に前記ポリマー前駆体のより多い量が塗布される方法。
- 請求項71に記載の方法であって、前記ポリマー前駆体を前記部分内に拡散させることをさらに含む方法。
- 請求項71に記載の方法であって、前記ポリマー前駆体は、前記電気活性ポリマーの前記表面部分にスプレーされる方法。
- 請求項80に記載の方法であって、前記部分の形状およびサイズを定義するマスクを前記ポリマー表面に適用することをさらに備える方法。
- 請求項81に記載の方法であって、前記予歪みを実現するために前記電気活性ポリマーを伸長することは、前記電気活性ポリマーを歪みが与えられた状態に保持するフレームを用いる方法。
- 請求項82に記載の方法であって、硬化が完了した後で、前記電気活性ポリマーを前記フレームから解放することをさらに備える方法。
- 請求項71に記載の方法であって、電気活性ポリマーは第2方向より第1方向において大きく伸長される方法。
- 請求項71に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは、弾性予歪みを達成するために伸長される方法。
- 請求項71に記載の方法であって、前記ポリマー前駆体を硬化させることは、前記部分を照射に曝露することを含む方法。
- 請求項86に記載の方法であって、前記部分の形状およびサイズを定義する前記電気活性ポリマーの表面にマスクを適用することをさらに含む方法。
- 請求項75に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーを形成することをさらに含む方法。
- 電気活性ポリマーを形成する方法であって、
電気活性ポリマーのための前駆体および支持ポリマーのための前駆体を備える混合物を提供すること、
前記混合物から前記電気活性ポリマーを形成すること、
前記電気活性ポリマーの一部において予歪みを実現するために前記電気活性ポリマーを伸長すること、および
前記ポリマーの剛性化された部分中に前記支持ポリマーを形成するために前記支持ポリマーのための前記前駆体を硬化すること
を含む方法。 - 請求項89に記載の方法であって、前記剛性化された部分は、前記予歪みされた部分に重なる方法。
- 請求項90に記載の方法であって、電極を前記予歪みされた部分上の表面に設けることをさらに含む方法。
- 請求項89に記載の方法であって、前記剛性化された部分は、前記電気活性ポリマーの前記予歪みされた部分に隣接する方法。
- 請求項89に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは、弾性予歪みを実現するために伸長される方法。
- 請求項89に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーを形成することは前記混合物をキャスティングすることを含む方法。
- 請求項89に記載の方法であって、前記支持ポリマーのための前記前駆体は、前記剛性化された部分のための表面を照射に曝露することを含む方法。
- 請求項95に記載の方法であって、前記剛性化された部分の形状およびサイズを定義するマスクを前記ポリマー表面に適用することをさらに含む方法。
- 請求項96に記載の方法であって、前記マスクは差分照射曝露を前記剛性化された部分および前記電気活性ポリマーの第2部分に行う方法。
- 請求項97に記載の方法であって、前記マスクは、前記電気活性ポリマーのエッジ部分への照射曝露の量を減らす方法。
- 請求項89に記載の方法であって、前記予歪みを実現するために前記電気活性ポリマーを伸長することは、前記電気活性ポリマーを歪みが与えられた状態に保持するフレームを用いる方法。
- 請求項99に記載の方法であって、照射曝露が完了した後、前記電気活性ポリマーを前記フレームから解放することをさらに含む方法。
- 請求項89に記載の方法であって、前記電気活性ポリマーは第2方向より第1方向において大きく伸長される方法。
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