JP2013501490A - 電気機械変換器を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、電気機械変換器、例えば、圧電変換器を製造するための方法に関し、この方法は、Ａ）実質的に同じ高さ（ｈ）を有するスペーサ要素（３）の単層を第１のポリマ層（１）上に提供する工程と、Ｂ）第１のポリマ層（１）と第２のポリマ層（２）との間に少なくとも１つの空洞（４）が存在するように、単層のスペーサ要素（３）上に第２のポリマ層（２）を提供する工程と、Ｃ）第１のポリマ層（１）および第２のポリマ層（２）の間にスペーサ要素（３）を固定する工程と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気機械変換器、例えば、圧電変換器、を製造するための方法、電気機械変換器、および、電気機械変換器の利用に関する。

印加された機械的負荷に応答して電位を生じる材料の能力は、圧電性と呼ばれる。確立されている圧電材料は、チタン酸ジルコン酸塩（ＰＺＴ）、および、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのフッ素化ポリマである。圧電挙動は、独立気泡発泡ポリプロピレン（ＰＰ）でも観察されている。圧電性を達成するために、かかるポリプロピレン発泡体は、強い電場内で帯電される。その結果として、電気絶縁破壊が気泡の内部で起こり、マクロ双極子を生成し、巨視的に材料を分極させる。かかるポリプロピレン強誘電エレクトレットは、１ニュートンあたり数百ピコクーロンの圧電係数を有しうる。センサ効果の感度をさらに高めるために、互いに積み重ねられた複数の発泡体からなる多層システムが開発された。

Ｇｅｒｈａｒｄ ｅｔ ａｌ．（２００７年 Ａｎｎｕａｌ Ｒｅｐｏｒｔ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ、４５３〜４５６頁）は、機械的穿孔またはレーザ穿孔によって非常に多数の均一なスルーホールを設けられたポリテトラフルオロエチレン薄膜が２つの均一なフルオロエチレン−プロピレン薄膜の間に配置された３層の強誘電エレクトレットについて記載している。しかしながら、機械的穿孔またはレーザ穿孔によるスルーホールの導入は、バッチ数の大きい製造にとっては複雑かつ不適切である。

Ｓｃｈｗoｄｉａｕｅｒ ｅｔ ａｌ．（２００４年 ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ， Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，ａｎｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｊｏｉｎｔ ５０ｔｈ Ａｎｎｉｖｅｒｓａｒｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）は、その図１（ａ）および（ｂ）に示すように、２つの電極の間にポリプロピレン発泡体を含むエレクトレット空隙サンドイッチ構造について記載している。この構造は、ポリプロピレン発泡体（粒子を含む）を２つの空間方向に伸長させて空洞を形成することによって形成される。これは図１（ｂ）に図示されており、明るい領域はポリプロピレンフレームワークを示し、暗い領域は扁平な空洞を示している。空洞があるポリプロピレンフレームワークと、その間に存在する空洞との非秩序構造を、明確に見ることができる。ポリマフレームワークの「網」の厚さおよび形状、ならびに、空洞のサイズ、直径、高さ、および、形状が様々であることも分かる。すなわち、「網」および空洞の両方のサイズ分布が大きいということである。高さ（すなわち、電極に垂直方向の空洞の直径）の変動は、例えば、圧電定数およびその周波数依存性など、圧電特性の局所的な変動につながるため、この場合特に致命的である。特に、共振周波数の位置と、圧電定数の共振ピークの幅は、前述のパラメータの変動に対して非常に敏感である。特に、ポリプロピレンフレームワークおよびその間にある空洞の非秩序構造により、ポリプロピレン発泡体の機械的特性が非一様になる。したがって、この構成の不利な点は、電気的および機械的特性が大凡にしか適合されえない点にある。

バッチ数の大きい製造に適した電気機械変換器、例えば、圧電変換器、の製造方法を提供することが望ましい。この方法は、さらに、変換器の電気的および機械的特性を調節可能にすることができる。このために、最小限のサイズ分布の構造を、サイズおよび位置に従って規定されるように製造できる。

したがって、本発明は、電気機械変換器を製造するための方法を提供しており、この方法は、以下の工程を含む。
Ａ）第１のポリマ層上に、実質的に同じ高さを有するスペーサ要素の単層を適用する工程と、
Ｂ）第１のポリマ層と第２のポリマ層との間に少なくとも１つの空洞が存在するように、単層のスペーサ要素上に第２のポリマ層を適用する工程、および、
Ｃ）第１および第２のポリマ層の間にスペーサ要素を固定する工程。

本発明の文脈における「単層」という用語は、スペーサ要素の単一の層を意味する。本発明の文脈における「実質的に同じ高さ」とは、スペーサ要素が、例えば５％未満、特に１％未満の製造公差の範囲内で同じ高さを有することを意味する。

本発明に従う方法によれば、電気機械変換器を大きいバッチ数で製造できる点で有利である。

単層のスペーサ要素は、電気機械変換器を厚さに沿ってより柔軟に製造することを可能にすることにより、弾性率を小さくする、結果として形成された空洞内でのポーリングプロセスを許容する、および／または、帯電プロセス後にポリマ層に形成される電荷層を分離することができる点で有利である。

「スペーサ要素」は、特に、本方法への導入前に規定された形状を有する要素を意味するものと解釈されうる。その形状は、本方法が終了するまで維持されることが好ましい。例えば、スペーサ要素は、球状または細長い形状を有してよい。特に、スペーサ要素は、球状または棒体（ロッド）状（フィラメント形状）に構成されてよい。ポリマ薄膜間の距離は、スペーサ要素のサイズによって有利に決定できる。スペーサ要素の密度（単位面積当たりのスペーサ要素の数）およびスペーサ要素の分布（スペーサ要素の平均（最大）間隔）は、ポリマ層の機械的特性に応じて適切に選択できる。

１または複数の空洞が、特に、第１および第２のポリマ層の間に連続的に配置される。例えば、１または複数の空洞は、一方の側で第１のポリマ層と接触し、他方の側で第２のポリマ層と接触する。これは、製造される電気機械エネルギ変換器の電気機械挙動に対して有利な効果を持つ。

本方法の一実施形態において、スペーサ要素は、球体（特に中実または空洞の球体）および／または棒体（特に中実または空洞（管状）の棒体）の形態で構成される。スペーサ要素は、できるだけ小さいサイズ分布を有することが好ましい。特に、単層のスペーサ要素は、実質的に同じ高さを有するだけでなく、実質的に同じ大きい直径を有する。この場合、「原則的に同じ大きい直径」とは、スペーサ要素が、例えば５％未満、特に１％未満の製造公差の範囲内で同じ直径を有することを意味することとする。このように、第１および第２のポリマ薄膜を等間隔に配置できることを保証することが可能である。スペーサ要素のサイズ（特に、高さおよび／または直径）は、ポリマ層が接触できないように、および／または、製造後の空洞の全体積ができるだけ大きくなるように、調節されることが好ましい。例えば、スペーサ要素は、１μｍ以上８００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上３００μｍ以下、特に好ましくは２０μｍ以上２００μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以上１００μｍ以下の高さ、および／または、１μｍ以上８００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上３００μｍ以下、特に好ましくは２０μｍ以上２００μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以上１００μｍ以下の直径を有してよい。スペーサ要素は、非導電性および／または電気的に非分極性の材料で形成されることが好ましい。

スペーサ要素は、第１のポリマ層上に均一または不均一に分布するように適用されてよい。特に、スペーサ要素は、第１のポリマ層上に均一に分布するように適用されてよい。しかしながら、製造される電気機械変換器の用途の分野によっては、空間的に分解された方法で（特に制御された方法で）不均一に分布するようにスペーサ要素を提供することが有利な場合もある。

スペーサ要素は、さらに、異なる形態で構成されてもよい。特に、第１の形態で構成された複数のスペーサ要素、第２の形態で構成された複数のスペーサ要素、第３の形態で構成された任意選択的な複数のスペーサ要素などが提供されてよい。異なる形態で構成されたスペーサ要素は、この場合、第１のポリマ層上に均一または不均一に分布するように提供されてよい。特に、本発明の方法によって製造された電気機械変換器の電気機械特性、特に、圧電特性は、スペーサ要素の形態、スペーサ要素の配置、および／または、スペーサ要素の分布を選択することにより適合されてよい。

スペーサ要素は、特に、空洞内でのポーリングプロセスを許容し、帯電プロセス後にポリマ層に形成される電荷層を分離するのに適した任意の材料から互いに独立して形成されてよい。

方法の別の実施形態では、スペーサ要素はガラスまたはポリマから形成される。例えば、スペーサ要素は、ミネラルガラス（特にシリカガラス、すなわち石英ガラス）から形成されてよい。スペーサ要素を形成するためのポリマは、ほとんど任意の望ましい方法で選択されてよい。ポリカーボネートおよびポリスチレンなどの熱可塑性材料（特にポリカーボネート）、ならびに、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）などの熱可塑性エストラマを例として挙げることができる。例えば、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（ＬＣＴ）社（米国オハイオ州クリーブランド）が、適切なポリマスペーサ要素を販売している。特に、スペーサ要素は、ガラス球体および／またはポリマ球体および／またはガラスロッドおよび／またはポリマロッドの形態で構成されてよい。

方法の別の実施形態において、スペーサ要素は、ロッド形状に構成され、第１のポリマ層上に蛇行して配置される。このように、ロッド形状の（例えば柔軟な）スペーサ要素は、ロッドが互いに重なり合わないように配置することができる。

スペーサ要素を提供する際に、スペーサ要素を分配（例えば、分散）することができる。

方法の別の実施形態において、方法工程Ａ）における第１のポリマ層上へのスペーサ要素の適用は、分散法（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）および／または噴霧法および／または流動床法および／またはプレースメント法（特に、例えば自動プレースメントマシンを用いた配置技術）および／または印刷法および／またはコーティング法によって実行される。

方法の別の実施形態において、方法工程Ａ）における第１のポリマ層上へのスペーサ要素の適用は、印刷および／またはコーティング法によって実行され、スペーサ要素を充填材として含む印刷および／またはコーティング材料、例えば、印刷インク、インク、ペースト、配合剤、ラッカー、または、接着剤が利用される。

方法工程Ａ）において第１のポリマ層上に単層のスペーサ要素を適用した後、印刷および／またはコーティング材料は、部分的または完全に硬化されてよく、例えば、乾燥および／または架橋および／または凝固および／または結晶化されてよい。例えば、これは、紫外線への暴露、赤外線への暴露、および／または、乾燥によって、熱的に行われてよい。しかしながら、構造がポリカーボネートなどＵＶ安定性の低いポリマを含む場合、硬化は、赤外線への暴露および／または乾燥によって熱的に行われることが好ましい。最初に部分的に硬化させて、後に完全に硬化させることによって、一方では、印刷された構造の形状の安定性を改善することができる。他方では、後に行う特に完全な硬化によって、第１および第２のポリマ層の間にスペーサ要素を固定すること、または、第１のポリマ層および第２のポリマ層の両方に対して単層のスペーサ要素を結合させることを可能にする。

方法工程Ｃ）は、方法工程Ａ）およびＢ）の後、もしくは、方法工程Ａ）および／またはＢ）の実行中および／または前に行われてよい。

例えば、方法の別の実施形態において、スペーサ要素の固定は、方法工程Ａ）における単層のスペーサ要素の適用後に、スペーサ要素を含む印刷および／またはコーティング材料の部分的な硬化（例えば、乾燥および／または架橋および／または凝固および／または結晶化）のみを行い、方法工程Ｂ）における第２のポリマ層の適用後に、スペーサ要素を含む印刷および／またはコーティング材料の完全な硬化（例えば、乾燥および／または架橋および／または凝固および／または結晶化）を行うことによって実行される。

方法の別の実施形態では、スペーサ要素の固定は接着法によって実行され、特に、印刷および／またはコーティング法で印刷および／またはコーティング材料を塗布することによって、方法工程Ａ）の前の方法工程０）でスペーサ要素および／または第１のポリマ層および／または第２のポリマ層の上に、接着層が設けられる。この場合、固定自体は、方法工程Ａ）の間および／または後、および／または、方法工程Ｂ）の間および／または後に実行されてよい。この文脈で、以下に説明する積層方法に関連して、方法工程Ａ）の前に、方法は、さらに、方法工程０、特に、印刷および／またはコーティング法によって、スペーサ要素および／または第１のポリマ層および／または第２のポリマ層の上に接着層および／または熱可塑性材料層を設ける工程を備えてもよい。

方法の別の実施形態において、スペーサ要素の固定は、特に、高圧および／または高温および／または紫外線への暴露および／または赤外線への暴露という条件下での積層法によって実行され、熱可塑性材料層が、特に、印刷および／またはコーティング法で印刷および／またはコーティング材料を塗布することによって、方法工程Ａ）の前の方法工程０）においてスペーサ要素および／または第１のポリマ層および／または第２のポリマ層の上に提供され、ならびに／もしくは、スペーサ要素および／または第１のポリマ層および／または第２のポリマ層が、熱可塑性材料から形成される。高圧および／または高温での積層は、例えば、２つの高温回転シリンダの間で実行されてよい。圧力および温度は、この場合、スペーサ要素の形状が少なくとも実質的に保持された状態でポリマ層およびスペーサ要素が結びつくように、選択されることが好ましい。積層法の範囲内で、スペーサ要素および／または第１のポリマ層および／または第２のポリマ層および／または熱可塑性材料層が加熱されてよい。

方法は、さらに、方法工程Ｃ１）：スペーサ要素が存在し、ポリマ層によって２つの側が規定された空間の残りの側を規定して密閉するシールを設ける工程を備えてもよい。

方法の別の実施形態において、スペーサ要素の固定は、クランプ法によって実行され、第１のポリマ層および第２のポリマ層は、１または複数のクランプによって一緒にクランプされる。１または複数のクランプは、同時にシールとして構成されてもよい。クランプ法によって固定する時に、スペーサ要素は、任意選択的に、第１のポリマ層および／または第２のポリマ層の中にわずかに押し込まれてよく、第１のポリマ層および／または第２のポリマ層は若干変形され、スペーサ要素はそれぞれの位置に固定される。これに代えてまたは加えて、スペーサ要素自体が若干変形されることによって、第１のポリマ層および／または第２のポリマ層の間に固定されてもよい。

接着層は、方法工程０）で塗布された後、部分的に硬化（例えば、乾燥および／または架橋および／または凝固および／または結晶化）されてよい。これは、紫外線への暴露、赤外線への暴露、および／または、乾燥によって、熱的に行われてよい。ただし、接着特性が保持され、スペーサ要素が接着層に接着できる程度までしか、接着層を硬化させないことが好ましい。特に方法工程Ａ）において、単層のスペーサ要素を提供した後、スペーサ要素を固定するために、接着層が完全に硬化（例えば、乾燥および／または架橋および／または凝固および／または結晶化）されてよい。

熱可塑性材料層は、方法工程０）で提供された後、完全に硬化（例えば、乾燥および／または架橋および／または凝固および／または結晶化）されてよい。これは、同様に、紫外線への暴露、赤外線への暴露、および／または、乾燥によって、熱的に行われてよい。

方法の別の実施形態において、接着層および／または熱可塑性材料層は、構造化された層である。したがって、接着層および／または熱可塑性材料層は、規定された構造内のポリマ層上に提供できる材料から形成されることが好ましい。接着層および／または熱可塑性材料層の構造化は、例えば、後にスペーサ要素が上に設けられる第１のポリマ層の領域のみが部分的または完全に接着層または熱可塑性材料層で被覆されるように構成されてよい。このように、結果として形成される空洞を規定する第１のポリマ層の領域は被覆されず、これにより、製造される電気機械変換器の圧電特性に有利な効果を持ちうる。

例えば、スペーサ要素は、次の方法工程Ａ）で、例えばプレースメント法によって、接着層または熱可塑性材料層を有する第１のポリマ層の領域上にのみ提供されてよい。

しかしながら、スペーサ要素は、次の方法工程Ａ）で、接着層または熱可塑性材料層を有する第１のポリマ層の領域上、および、接着層も熱可塑性材料層も有していない第１のポリマ層の領域上の両方に設けられてもよい。

本発明の別の実施形態では、方法工程Ａ）の後に、方法は、方法工程Ａ１）：接着層および／または熱可塑性材料層に接着していないスペーサ要素を除去する工程を備える。例えば、これは、振動法（ｓｈａｋｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）によって（特に、スペーサ要素を有するポリマ層の側を下方に向けた状態で）、および／または、空気流を用いて、実行されてよい。

例えば、スペーサ要素は、噴霧、分散、または、流体化によって接着層および／または熱可塑性材料層上に提供されてよい。ただし、接着層が提供された第１のポリマ層の領域において、スペーサ要素は未処理の領域には接着しない。接着層に接着していないスペーサ要素は、振動またはタッピングによって除去できる。スペーサ要素の提供後、接着層は、例えば、提供されたスペーサ要素を永久的に固定するために、架橋および／または乾燥（特に、完全に架橋および／または乾燥）されてよい。

接着層および／または熱可塑性材料層の提供は、同様に、特に印刷および／またはコーティング材料（例えば、印刷インク、インク、ペースト、配合剤、ラッカー、または、接着剤）を用いて、印刷および／またはコーティング法によって実行されてよい。

本発明の範囲内で、例えば、ドクターブレーディング、スピンコーティング、浸漬コーティング、吹きつけコーティング、カーテンコーティング、スロットダイコーティング、フレキソ印刷、グラビア印刷、パッド印刷、デジタル印刷、熱転写印刷、凸版印刷（特に活版印刷）、平版印刷、凹版印刷（オフセット印刷）、および／または、スクリーン印刷、ならびに／もしくは、ローラ塗布法（例えば、Ｈａｒｄｏ Ｍａｓｃｈｉｎｅｎｂａｕ ＧｍｂＨ（Ｂａｄ Ｓａｌｚｕｆｌｅｎ、ドイツ）製のホットメルト接着剤用のローラ塗布機構を用いる）が、印刷および／またはコーティング法として適切であり、スクリーン印刷が好ましい。特に、構造化された層は、ドクターブレーディング、スピンコーティング、浸漬コーティング、吹きつけコーティング、および／または、カーテンコーティングによって、金型、マスク、または、鋳型を用いて塗布されてよく、鋳型は、特に被覆を意図しない位置において、対応するポリマ層を被覆する。金型、マスク、または、鋳型を使わないコーティング法として、スロットダイコーティング、フレキソ印刷、グラビア印刷、パッド印刷、デジタル印刷、熱転写印刷、凸版印刷（特に活版印刷）、平版印刷、凹版印刷（オフセット印刷）、および／または、スクリーン印刷、ならびに／もしくは、ローラ塗布法が、特に用いられてよく、スクリーン印刷法が好ましい。

印刷および／またはコーティング材料、例えば、印刷インク、インク、ペースト、配合剤、ラッカー、または、接着剤は、処理前に直接配合されてもよいし、市販のものであってもよい。

例えば、印刷および／またはコーティング材料は、特に、結合剤として、セルロースエステル、セルロースエーテル、ゴム誘導体、ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル、アルキド樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、アミド樹脂、ケトン樹脂、キシレンホルムアルデヒド樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルエステル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルエーテル、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、コポリエステル、ポリアミド、シリコーン樹脂、ポリウレタン、特にポリウレタン、および、これらのポリマのブレンドよりなる群から選択された少なくとも１つのポリマを含んでもよいし、それから形成されてもよい。印刷および／またはコーティング材料は、樹脂を含む場合、任意選択的に１または複数の樹脂硬化剤をさらに含んでもよい。印刷および／またはコーティング材料は、さらに、溶媒、添加剤、および、その他の充填剤を含んでもよい。添加剤として、例えば、増粘剤、レオロジー添加剤、接着促進剤、消泡剤、脱気剤、および／または、流量制御剤が、印刷および／またはコーティング材料に添加されてもよい。

多くの市販製品（特に、結合剤としての製品）が、印刷および／またはコーティング材料として適切であり、例えば、Ｐｒoｌｌ ＫＧ（Ｗｅｉsｅｎｂｕｒｇ ｉｎ Ｂａｖａｒｉａ、ドイツ）製の商品名Ｎｏｒｉｐｈａｎ ＨＴＲ、Ｎｏｒｉｐｈａｎ ＰＣＩ、Ｎｏｒｉｐｈａｎ Ｎ２Ｋ、Ｎｏｒｉｃｒｙｌ、および、ＮｏｒｉＰＥＴ、もしくは、Ｍａｒａｂｕ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧ（Ｔａｍｍ、ドイツ）製の商品名Ｍａｒａｆｌｅｘ ＦＸ、もしくは、Ｆｕｊｉｆｉｌｍ Ｓｅｒｉｃｏｌ Ｇｅｒｍａｎｙ ＧｍｂＨ（Ｂｏｔｔｒｏｐ、ドイツ）製の商品名Ｐｏｌｙｐｌａｓｔ ＰＹ、もしくは、Ｃｏａｔｅｓ Ｓｃｒｅｅｎ Ｉｎｋｓ ＧｍｂＨ（Ｎｕｒｅｍｂｅｒｇ、ドイツ）製のスクリーン印刷インクの商品名ＨＧ、ＳＧ、ＣＰ、ＣＸ、ＰＫ、Ｊ、ＴＬ、および、ＹＮ、もしくは、Ｎａｚｄａｒ社（Ｓｈａｗｎｅｅ、米国）製の商品名１５００Ｓｅｒｉｅｓ ＵＶ Ｆｌｅｘｉｆｏｒｍ、１６００ Ｐｏｗｅｒ Ｐｒｉｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ、１７００ Ｖｅｒｓａ Ｐｒｉｎｔ、３２００Ｓｅｒｉｅｓ、１８００ Ｐｏｗｅｒ Ｐｒｉｎｔ ｐｌｕｓ、９７００Ｓｅｒｉｅｓ、ＰＰ Ｓｅｒｉｅｓ、７２００ Ｌａｃｑｕｅｒ、および、７９００Ｓｅｒｉｅｓとして、市販されている。

紫外線下で硬化する印刷および／またはコーティング材料のための結合剤としては、例えば、エポキシ、エステル、エーテル、および／または、ウレタンアクリレートが適切である。ウレタンアクリレートは、反応性希釈剤（低粘度メタクリレート）に溶かした溶液として、低粘度オリゴマとして、粉体コーティング技術のための固体として、または、ウレタンアクリレート分散体として利用可能である。ウレタンアクリレートとしては、例えば、Ｂａｙｅｒ ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ ＡＧ（Ｌｅｖｅｒｋｕｓｅｎ、ドイツ）製の商品名／ブランド名Ｄｅｓｍｏｌｕｘが利用可能である。硬化のために、例えば、電子ビーム硬化、モノ硬化技術、および、二重硬化技術が適切である。二重硬化技術に対しては、イソシアナートウレタンアクリレートが特に適切である。

印刷および／またはコーティング材料は、水に基づいてまたは水以外の溶媒に基づいて作られてよい。

印刷および／またはコーティング材料は、特に、１または複数のポリウレタンを含んでもよいし、それらから形成されてもよい。特に、印刷および／またはコーティング材料は、１または複数の一成分ポリウレタンおよび／または１または複数の二成分ポリウレタンおよび／または１または複数の水系ポリウレタン分散体および／または１または複数のポリウレタンホットメルト接着剤を含むか、もしくは、それらから形成されてよい。

例えば、印刷および／またはコーティング材料は、１または複数の一成分ポリウレタンを含むか、もしくは、それらから形成されてよく、一成分ポリウレタンは、２より大きく４までの平均官能度を有する化学量論的に過剰な多官能性イソシアネートとアルコールとを反応させることによって生産可能なプレポリマを含む。これらのプレポリマは、任意選択的に、添加剤および／または溶媒をさらに含んでもよい。

例えば、プレポリマは、ウレタン基および末端イソシアネート基を形成するために、平均で一官能性のアルコールを含むポリオールの混合物であるアルコールとポリイソシアネートとを反応させることによって得ることができる。

例えば、Ｕｌｌｍａｎｎｓ Ｅｎｚｙｋｌｏｐaｄｉｅ ｄｅｒ ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｎ Ｃｈｅｍｉｅ［Ｕｌｌｍａｎｎｓ Ｅｎｃｙｃｌｏｐａｅｄｉａ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ］，４ｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ，ｖｏｌｕｍｅ１９，ｐｐ．３０４−５（Ｖｅｒｌａｇ Ｃｈｅｍｉｅ， Ｗｅｉｎｈｅｉｍ）またはＵｌｒｉｃｈ Ｍｅｉｅｒ−ＷｅｓｔｈｕｅｓによるＰｏｌｙｕｒｅｔｈａｎ Ｌａｃｋｅ，Ｋｌｅｂ−ｕｎｄ Ｄｉｃｈｔｓｔｏｆｆｅ［Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ，ａｄｈｅｓｉｖｅｓ ａｎｄ ｓｅａｌａｎｔｓ］（Ｖｉｎｃｅｎｔｚ Ｎｅｔｗｏｒｋ，Ｈａｎｎｏｖｅｒ，２００７）に記載されているように、ポリウレタン化学で従来用いられている当業者に周知のポリオール、例えば、ポリエーテル、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリカプロラクトン、ポリウレタン、および、ポリエステルポリオールを、ポリオールとして用いてよい。例えば、Ｂａｙｅｒ ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ ＡＧ（Ｌｅｖｅｒｋｕｓｅｎ、ドイツ）製のＤｅｓｍｏｐｈｅｎ（登録商標）として知られるポリオールを用いてよい。

平均官能度が２より大きい多官能性イソシアネートとしては、例えば、Ｕｌｌｍａｎｎｓ Ｅｎｚｙｋｌｏｐaｄｉｅ ｄｅｒ ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｎ Ｃｈｅｍｉｅ，４ｔｈ ｅｄｉｔｉｏｎ，ｖｏｌｕｍｅ１９，ｐｐ．３０３−４（Ｖｅｒｌａｇ Ｃｈｅｍｉｅ，Ｗｅｉｎｈｅｉｍ）に記載されるように、ポリウレタン化学において従来用いられている当業者に周知の生成物が用いられてよい。言及できる例は、ビウレット基によって三量化されたイソシアネート、例えば、三量化ヘキサメチレンジイソシアネートＤｅｓｍｏｄｕｒ（登録商標）Ｎ（Ｂａｙｅｒ ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ ＡＧ（Ｌｅｖｅｒｋｕｓｅｎ、ドイツ）の商品名）、または、ジイソシアネートとそれらの混合物、もしくは、イソシアヌレート基によって三量化されたイソシアネート、または、ジイソシアネートとそれらの混合物である。ポリオールへのジイソシアネートの付加物、例えばトリメチロールプロパンへのトルイレンジイソシアネートの付加物も適切である。

硬化を促進するための触媒（例えば、ジモルホリノジエチルエーテル、ビスー［２−Ｎ，Ｎ−（ジメチルアミノ）エチル］エーテルなどの第三級アミン、もしくは、ジブチル錫ジラウレートまたは第二錫オクトアートなどの錫化合物）、老化防止剤または光保護剤、乾燥剤、安定剤（例えば、塩化ベンゾイル）、接着を高めるための接着促進剤、可塑剤（例えば、ジオクチルフタレート）、ならびに、色素および充填材など、添加剤がプレポリマに添加されてよい。

イソシアネートの感湿性のため、一般に、注意深く水を排除して操作を行うことが好ましい。すなわち、水を含まない原材料を利用し、反応中の湿気の侵入を避けることが好ましい。

プレポリマの生産は、ポリオールおよび一官能性アルコールの混合物と化学量論的に過剰な二官能性または多官能性イソシアネート化合物とを反応させることによって実行されてよい。ただし、一官能性ヒドロキシル化合物とイソシアネート化合物とを先行反応で反応させることも可能である。

しかしながら、印刷および／またはコーティング材料は、１または複数の二成分ポリウレタン（例えば、イソシアネート基を有する一成分とイソシアネート反応性の一成分とを含むもの）を含むか、もしくは、それらから形成されてもよい。

印刷および／またはコーティング材料に適切なポリイソシアネートとして、好ましくは２以上の官能度を持つ当業者に周知のＮＣＯ化合物が用いられてよい。これらは、通例、脂肪族、脂環式、芳香脂肪族（ａｒａｌｉｐｈａｔｉｃ）、および／または、芳香族のジイソシアネートまたはトリイソシアネート、ならびに、それらのより高分子量の連続生成物であり、２以上の遊離ＮＣＯ基を有するイミノオキサジアジンジオン、イソシアヌレート、ウレトジオン、ウレタン、アロファネート、ビウレット、尿素、オキサジアジントリオン、オキサゾリジノン、アシル尿素、および／または、カルボジイミド構造を備える。

かかるジイソシアネートまたはトリイソシアネートの例は、テトラメチレンジイソシアネート、シクロヘキサン−１，３−および１，４−ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、１−イソシアナート−３，３，５−トリメチル−５−イソシアナート−メチル−シクロヘキサン（イソホロンジイソシアネート、ＩＰＤＩ）、メチレン−ビス−（４−イソシアナートシクロヘキサン）、テトラメチルキシリレンジイソシアネート（ＴＭＸＤＩ）、トリイソシアナートノナン、トルイレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタン−２，４’−および／または−４，４’−および／または−２，２’−ジイソシアネート（ＭＤＩ）、トリフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート、ナフチレン−１，５−ジイソシアネート、４−イソシアナートメチル−１，８−オクタンジイソシアネート（ノナントリイソシアネート、トリイソシアナートノナン、ＴＩＮ）、および／または、１，６，１１−ウンデカントリイソシアネート、ならびに、それらの任意の混合物、ならびに、任意選択的に、その他のジイソシアネート、トリイソシアネート、および／または、ポリイソシアネートの混合物である。かかるポリイソシアネートは、通例、イソシアネート含有率が０．５重量％から６０重量％であり、３重量％から３０重量％が好ましく、５重量％から２５重量％が特に好ましい。

脂肪族および／または脂環式および／または芳香族ジイソシアネートに基づくイソシアヌレート、ウレタン、アロファネート、ビウレット、イミノオキサジアジントリオン、オキサジアジントリオン、および／または、ウレトジオン基を有する高分子量化合物を、印刷および／またはコーティング材料に用いることが好ましい。

ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、４，４’−ジイソシアナートジシクロヘキシルメタン、ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−２，４’−ジイソシアネート、２，４−トルイレンジイソシアネート、２，６−トルイレンジイソシアネート、および／または、キシレンジイソシアネートに基づくビウレット、イミノオキサジアジントリオン、イソシアヌレート、および／または、ウレトジオン基を、印刷および／またはコーティング材料に用いることが特に好ましい。

イソシアネートを含む成分の製造および／または利用は、例えば、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ−エチルピロリドン、キシレン、ソルベントナフサ、トルエン、ブチルアセテート、メトキシプロピルアセテート、アセトン、または、メチルエチルケトンなどの溶媒中で実行されてよい。溶媒は、イソシアネート基の反応後に加えられてよい。この場合、アルコールなどのプロトン性溶媒を用いることも可能であり、例えば、溶液を安定化させたり被覆特性を向上させたりするよう機能する。溶媒の任意の所望の混合物も利用できる。溶媒の量は、一般に、２０重量％から１００重量％未満（好ましくは５０重量％から９０重量％）の濃度の溶液になるように計量される。

架橋を促進するために、触媒を添加してもよい。適切な触媒は、”Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，Ｖｏｌｕｍｅ ＸＶＩ，Ｐａｒｔ １，Ｓｅｃｔｉｏｎ ＩＶ，１２９〜２１１頁の「Ｔｈｅ Ｋｉｎｅｔｉｃｓ ａｎｄ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ」に記載されている。例えば、第三級アミン、錫、亜鉛、または、ビスマスの化合物、もしくは、塩基性塩が適切である。ジブチル錫ジラウレートおよびオクトアートが好ましい。

適切なイソシアネート反応性化合物、例えば、ポリヒドロキシ化合物が、当業者に周知である。これらは、ポリヒドロキシポリエステル、ポリヒドロキシポリウレタン、ポリヒドロキシポリエーテル、ポリカーボネートジオールに基づく周知の結合剤、もしくは、ヒドロキシル基を含むポリマ（周知のポリヒドロキシポリアクリレート、ポリアクリレートポリウレタン、および／または、ポリウレタンポリアクリレートなど）に基づく結合剤であることが好ましい。Ｂａｙｅｒ ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ ＡＧ（Ｌｅｖｅｒｋｕｓｅｎ、ドイツ）製のＤｅｓｍｏｐｈｅｎ（登録商標）として知られるポリオールが例として挙げられる。

ただし、印刷および／またはコーティング材料は、１または複数の水系ポリウレタン分散体、例えば、ポリウレタン−ポリ尿素分散体を含むか、もしくは、それらから形成されてもよい。本発明に従う電気機械変換器を製造するための印刷および／またはコーティング材料に適した水系ポリウレタン分散体は、例えば、ＵＳ２，４７９，３１０Ａ、ＵＳ４，０９２，２８６Ａ、ＤＥ２８１１１４８Ａ、ＤＥ３６０３９９６、および、ＥＰ０８０１９８８４に記載されているものである。

ポリウレタン−ポリ尿素分散体の製造に適したジオールおよび／またはポリオール成分は、イソシアネートと反応できる少なくとも２つの水素原子を有し、平均分子量が６２ｇ／ｍｏｌ以上１８０００ｇ／ｍｏｌ以下、好ましくは６２ｇ／ｍｏｌ以上４０００ｇ／ｍｏｌ以下である化合物である。適切な構造成分の例は、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリラクトン、および、ポリアミドである。好ましいポリオールは、２以上４以下、好ましくは２以上３以下のヒドロキシル基を有する。このタイプの様々な化合物の混合物も想定されうる。

ポリウレタン−ポリ尿素分散体は、独立して用いられてもよいし、１または複数の親水修飾架橋剤と組み合わせて用いられてもよい。ポリウレタン−ポリ尿素ポリマをさらに架橋すると、接着化合物の熱安定性および耐加水分解性の大幅な上昇につながる。

１または複数の潜在反応性ポリウレタン−ポリ尿素分散体が用いられてもよい。潜在反応性ポリウレタン−ポリ尿素分散体は、例えば、ＥＰ０９２２７２０ＡおよびＷＯ２００８／０７１３０７に記載されている。この生成物分類の利点は、例えば積層処理中に加熱することによって、ポリマの架橋反応を開始できることである。

分散体は、独立して用いられてもよいし、コーティングおよび接着技術において周知の結合剤、補助剤、および／または、充填剤、特に、乳化剤、および、光保護剤（ＵＶ吸収剤および立体障害アミン（ＨＡＬＳ）など）、抗酸化剤、充填剤、沈降防止剤、消泡剤、湿潤剤、流量制御剤、反応性希釈剤、可塑剤、中和剤、触媒、補助溶媒、および／または、増粘剤、ならびに／もしくは、添加剤（色素、染料、または、艶消し剤など）と共に用いられてもよい。粘着付与剤が添加されてもよい。添加剤は、処理の直前に添加されてよい。ただし、結合剤の分散前または分散中に添加剤の内の少なくともいくつかを添加してもよい。

これらの物質（個々の成分および／または混合物全体に添加されてよい）の選択および配合量は、原則として当業者に周知であり、特定の用途に合わせて、簡単な予備試験によって不当に高い費用を掛けることなく決定できる。

水系ポリウレタン分散体のレオロジーは、例えばポリマ層上への塗布後に流動しないように、適切な増粘剤を用いて調整されることが好ましい。特に、この場合、流動点の構造粘性が高くなりうる。かかる水系ポリウレタン分散体の利用は、印刷層および／またはコーティングを塗布後に最初に乾燥できるという利点を有しており、その場合に、ポリウレタンポリマ（用いられるポリマまたはポリマブレンドによる）は、非晶質として凝固および／または結晶化し、印刷層および／またはコーティングは、ポリウレタンポリマが軟化および／または溶解し、ポリマ層が湿潤される程度まで、後の積層法において正確に加熱されることが可能であり、スペーサを含む層の構造は保持される。

本方法は、さらに、方法工程Ａ２）：上述の単層上にスペーサ要素の少なくとも１つのさらなる単層を設ける（特に、一致させて設ける）工程を備えてもよい。この場合、さらなる単層のスペーサ要素は、それぞれ、上述の単層の対応するスペーサ要素上に、特に一致させて設けられる。このように、少なくとも１つの（特に、連続的な）空洞が、第１および第２ポリマ層の間に形成されうる。さらなる単層のスペーサ要素は、同様に、特に互いに対して、実質的に同じ高さを有することが好ましい。さらなる単層のスペーサ要素の固定は、（第１の）単層についてすでに説明した固定法と同じ方法で実行されてよく、これについては、関連する開示が明確に参照される。

第１および／または第２のポリマ層は、コンパクトおよび／または連続的なポリマ層であることが好ましい。ここで、本発明の文脈における「コンパクト」という用語は、ポリマ層内の包有物（気泡など）が、可能な限り少ない（特に、存在しない）ことを意味する。特に、ポリマ層はポリマ薄膜である。第１および／または第２のポリマ層は、原則的に、層および薄膜（特に、薄層および薄膜）を製造するためのすべての周知の方法によって、互いに独立して製造されてよい。例えば、第１および／または第２のポリマ層は、押出、ドクターブレーディング（特に、溶液ドクターブレーディング）、スピニング（特に、スピンコーティング）、または、噴霧によって、互いに独立して製造されてよい。ただし、本発明の範囲において、市販のポリマ層またはポリマ薄膜を第１および／または第２のポリマ層として用いることも可能である。

本発明の範囲において、第１および／または第２のポリマ層は、原則として、長期間（例えば、数ヶ月または数年間）にわたって電荷を保持するのに適している任意のポリマまたはポリマブレンドから、互いに独立に製造されてよい。例えば、第１および／または第２のポリマ層は、実質的に任意の同一または異なるポリマ材料を含むか、もしくは、それらからなってよい。例えば、第１および／または第２のポリマ層は、以下の群から選択された少なくとも１つのポリマを含むか、もしくは、それらから形成されてよい。ポリカーボネート、全フッ素化または部分フッ素化されたポリマおよびコポリマ（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フルオロエチレンプロピレン（ＦＥＰ）、ペルフルオロアルコキシエチレン（ＰＦＡ）など）、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）など）、ポリイミド（特に、ポリエーテルイミド）、ポリエーテル、ポリメチルメタクリレート、シクロオレフィンポリマ、シクロオレフィンコポリマ、ポリオレフィン（ポリプロピレンなど）、ならびに、これらのポリマのブレンド。かかるポリマは、印加された分極を長期間保持できる点で有利である。適切なポリカーボネートは、例えば、カルボン酸誘導体（ジフェニルカーボネート、ジメチルカーボネート、または、ホスゲンなど）と、ポリオール（好ましくはジオール）とを反応させることによって得ることができる。適切なジオールの例は、エチレングリコール、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，８−オクタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４−ビスヒドロキシメチルシクロヘキサン、２−メチル−１，３−プロパンジオール、２，２，４−トリメチルペンタンジオール−１，３，ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジブチレングリコール、ポリブチレングリコール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、トリメチル−シクロヘキシル−ビスフェノール（ビスフェノール−ＴＭＣ）、これらのブレンド、および、ラクトン修飾ジオールである。ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、シクロヘキシル−ビスフェノール（ビスフェノール−ＴＭＣ）、および、それらの混合物から生産されたポリカーボネートが好ましく、ビスフェノールＡに基づくポリカーボネートが特に好ましい。ポリマ層は、さらに、互いに独立して、ホモポリマを含むか、もしくは、それらから形成されてよい。

第１および／または第２のポリマ層は、さらに、エレクトレットおよび／または電気機械特性（例えば、圧電特性）を改善するための少なくとも１つの添加剤を含んでもよい。この場合、添加剤は、材料の電気機械特性（例えば、圧電特性）に影響を持つ任意のポリマ特性およびパラメータを改善しうる。例えば、添加剤は、ポリマまたはポリマブレンドのエレクトレット特性、誘電率、弾性率、粘弾性的挙動、最大拡張、および／または、絶縁破壊強さを向上させうる。エレクトレット特性を向上させる、すなわち、ポリマの電荷蓄積容量を高め、導電率を減少させ、および／または、絶縁破壊強さを高める１または複数の添加剤を用いることが好ましい。例えば、粘土粒子、ファインセラミクス粉末、ならびに／もしくは、可塑剤（炭化水素油、鉱物油、シリコーン油、および／または、シリコーンエラストマ、特に高分子量のシリコーンエラストマなど）を添加剤として用いてよい。複数の添加剤を選択することにより、いくつかの材料特性を同時に改善できる点で有利である。

本発明の範囲内で、特に、完成した電気機械変換器において、第１および／または第２のポリマ層は、互いに独立して、例えば、１０μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは２０μｍ以上２５０μｍ以下、特に好ましくは５０μｍ以上２００μｍ以下、さらに特に好ましくは１００μｍ以上１５０μｍ以下の層厚（膜厚）を有してよい。

任意選択的に、ポリマ層は、本発明に従う方法において、または、本発明に従う方法の範囲内で、使用前に熱処理されてもよい。

本方法は、さらに、方法工程Ｄ）：第１のポリマ層上に電極を適用し、第１および／または第２のポリマ層上に電極を適用する工程を含んでよい。ただし、本発明の範囲内で、電極は、第１および／または第２のポリマ層と共にすでに適用されていてもよく、特に、それぞれの電極がそれらの層の上に形成されてよい。

電極は、当業者に周知の方法によって適用されてよい。このために、例えば、物理蒸着（ＰＶＤ）、例えばスパッタリングおよび／または蒸着、化学蒸着（ＣＶＤ）、印刷、ドクターブレーディング、および、スピンコーティングなどの方法が想定されてよい。電極は、既製の形態で接着されてもよい。

電極材料は、当業者に周知の導電材料であってよい。例えば、金属、金属合金、半導体、導電性オリゴポリマまたは導電性ポリマ（ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロールなど）、導電性酸化物または混合酸化物（インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）など）、もしくは、導電性充填剤を充填されたポリマが想定され得る。導電性充填剤が充填されているポリマのための充填剤としては、例えば、銀、アルミニウム、および／または、銅などの金属、カーボンブラック、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェンなどの導電性炭素系材料、もしくは、導電性オリゴポリマまたは導電性ポリマが想定され得る。ポリマの充填剤含有量は、浸透閾値より大きいことが好ましく、これは、導電性充填剤が連続的な導電路を形成することで特徴付けられる。

本発明の範囲内で、電極は、構造化されてもよい。例えば、電極は、変換器がアクティブ領域およびパッシブ領域を有するように、構造化されてよい。特に、電極は、特にセンサモードにおいて、空間的に分解される方法で信号を検出できるように、および／または、特にアクチュエータモードにおいて、制御された方法でアクティブ領域を駆動できるように、構造化されてよい。これは、例えば、アクティブ領域に電極を適用することによって実現されてよいが、パッシブ領域は電極を持たない。

本方法は、さらに、方法工程Ｅ）：方法工程Ｃ）の結果形成された構造（特に、サンドイッチ構造）を帯電させる工程を含んでよい。特に、第１および第２のポリマ層は、異なる（逆）の電荷で帯電されてよい。帯電は、例えば、摩擦帯電、電子ビーム衝撃、電極への電圧の印加、または、コロナ放電によって実行されてよい。特に、帯電は、二電極コロナ構成を用いて実行されてよい。この場合、ニードル電圧は、少なくとも２０ｋＶ以上、例えば、少なくとも２５ｋＶ以上、特に、少なくとも３０ｋＶ以上であってよい。帯電時間は、少なくとも２０秒以上、例えば、少なくとも３０秒以上、特に、少なくとも１分以上であってよい。本発明の範囲内で、方法工程Ｄ）の後に方法工程Ｅ）が実行されてもよいし、方法工程Ｅ）の後に方法工程Ｄ）が実行されてもよい。

本方法は、さらに、方法工程Ｆ）：方法工程Ｃ）の結果形成された構造（特に、サンドイッチ構造）を２以上積み重ねる工程を備えてよい。この場合、第１および第２のポリマ層は、それぞれ、電極によって接触されてよい。方法工程Ｃ）で形成された異なる構造の２つの近接するポリマ層は、同じ分極を有するように帯電されてよい。特に、方法工程Ｃ）で形成された異なる構造の２つの近接するポリマ層は、同じ電極に接触してよい、または、同じ電極によって接触されてよい。

本発明に従う方法のその他の特徴に関して、本発明に従う電気機械変換器およびその利用に関連する説明を明確に参照する。

本発明は、さらに、特に本発明に従う方法によって製造された電気機械変換器（例えば、圧電変換器）に関し、電気機械変換器は、第１のポリマ層、スペーサ要素の単層、および、第２のポリマ層を備えており、スペーサ要素の単層は第１のポリマ層および第２のポリマ層の間に配置され、単層のスペーサ要素は実質的に同じ高さを有し、第１のポリマ層および第２のポリマ層の間に少なくとも１つの空洞が存在する。

例えば、スペーサ要素は、球状または細長い形状を有してよい。特に、スペーサ要素は、球状またはロッド状（フィラメント形状）に構成されてよい。ポリマ薄膜間の距離は、スペーサ要素のサイズによって有利に決定できる。スペーサ要素の密度（単位面積当たりのスペーサ要素の数）およびスペーサ要素の分布（スペーサ要素の平均（最大）間隔）は、ポリマ層の機械的特性に応じて適切に選択できる。第１および第２のポリマ層の間の１または複数の空洞は、特に、一方の側で第１のポリマ層に接触し、他方の側で第２のポリマ層に接触する。

スペーサ要素は、球体、特に中実または空洞の球体および／またはロッド、特に中実または空洞（管状）のロッドの形態で構成されてよい。スペーサ要素は、できるだけ小さいサイズ分布を有することが好ましい。特に、単層のスペーサ要素は、実質的に同じ高さを有するだけでなく、実質的に同じ大きい直径を有する。このように、第１および第２のポリマ薄膜を等間隔に配置できることを保証することが可能である。スペーサ要素のサイズ（特に、高さおよび／または直径）は、ポリマ層が接触できないように、および／または、製造後の空洞の全体積ができるだけ大きくなるように、調節されることが好ましい。例えば、スペーサ要素は、１μｍ以上８００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上３００μｍ以下、特に好ましくは２０μｍ以上２００μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以上１００μｍ以下の高さ、および／または、１μｍ以上８００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上３００μｍ以下、特に好ましくは２０μｍ以上２００μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以上１００μｍ以下の直径を有してよい。スペーサ要素は、非導電性および／または電気的に非分極性の材料で形成されることが好ましい。

スペーサ要素は、第１のポリマ層上に均一または不均一に分布するように適用されてよい。特に、スペーサ要素は、第１のポリマ層上に均一に分布するように適用されてよい。しかしながら、製造される電気機械変換器の用途の分野によっては、空間的に分解された方法で（特に制御された方法で）不均一に分布するようにスペーサ要素を適用することが有利な場合もある。

スペーサ要素は、さらに、異なる形態で構成されてもよい。特に、第１の形態で構成されている複数のスペーサ要素、第２の形態で構成されている複数のスペーサ要素、第３の形態で構成されている任意選択的な複数のスペーサ要素などが適用されてよい。異なる形態で構成されているスペーサ要素は、この場合、第１のポリマ層上に均一または不均一に分布するように適用されてよい。一方で、本発明の方法によって製造された電気機械変換器の電気機械特性、特に、圧電特性は、スペーサ要素の形態、スペーサ要素の配置、および／または、スペーサ要素の分布を選択することにより適合されてよい。

スペーサ要素は、特に、空洞内でのポーリングプロセスを許容し、帯電プロセス後にポリマ層に形成される電荷層を分離するのに適した任意の材料から互いに独立して形成されてよい。特に、スペーサ要素は、ガラスまたはポリマから形成されてよい。例えば、スペーサ要素は、ミネラルガラス（特にシリカガラスすなわち石英ガラス）から形成されてよい。スペーサ要素を形成するためのポリマは、ほとんど任意の望ましい方法で選択されてよい。ポリカーボネートおよびポリスチレンなどの熱可塑性材料（特にポリカーボネート）、ならびに、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）などの熱可塑性エストラマを例として挙げることができる。例えば、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（ＬＣＴ）社（米国オハイオ州クリーブランド）が、適切なポリマスペーサ要素を販売している。特に、スペーサ要素は、ガラス球体および／またはポリマ球体および／またはガラスロッドおよび／またはポリマロッドの形態で構成されてよい。

例えば、スペーサ要素は、ロッド形状に構成されてよく、第１のポリマ層上に蛇行して配置される。

さらに、電気機械変換器は、スペーサ要素が存在しポリマ層によって２つの側が規定された空間の残りの側を規定して密閉するシールを有してよい。

電気機械変換器は、さらに、１または複数のクランプを有してよく、クランプは、特に、第１および第２のポリマ層を一緒にクランプすることによって第１および第２のポリマ層の間にスペーサ要素を固定する。１または複数のクランプは、同時にシールとして構成されてもよい。

スペーサ要素は、空洞を形成するために、固定層内に配置、および／または、固定層上に配置、および／または、固定層内に部分的に配置されてよい。

例えば、かかる固定層は、セルロースエステル、セルロースエーテル、ゴム誘導体、ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル、アルキド樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、アミド樹脂、ケトン樹脂、キシレンホルムアルデヒド樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルエステル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルエーテル、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、コポリエステル、ポリアミド、シリコーン樹脂、ポリウレタン、特にポリウレタン、および、これらのポリマのブレンドよりなる群から選択された少なくとも１つのポリマを含んでもよいし、それから形成されてもよい。特に、かかる固定層は、１または複数の一成分ポリウレタンおよび／または１または複数の二成分ポリウレタンおよび／または１または複数の水系ポリウレタン分散体および／または１または複数のポリウレタンホットメルト接着剤を含むか、もしくは、それらから形成されてよい。

第１および／または第２のポリマ層は、コンパクトおよび／または連続的なポリマ層であることが好ましい。ここで、本発明の文脈における「コンパクト」という用語は、ポリマ層内の包有物（気泡など）が、可能な限り少ない（特に、存在しない）ことを意味する。特に、ポリマ層はポリマ薄膜である。

例えば、第１および／または第２のポリマ層は、互いに独立して、例えば、１０μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは２０μｍ以上２５０μｍ以下、特に好ましくは５０μｍ以上２００μｍ以下、さらに特に好ましくは１００μｍ以上１５０μｍ以下の層厚を有してよい。

例えば、第１および／または第２のポリマ層は、以下の群から選択された少なくとも１つのポリマを含むか、もしくは、それらから形成されてよい。ポリカーボネート、全フッ素化または部分フッ素化されたポリマおよびコポリマ（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フルオロエチレンプロピレン（ＦＥＰ）、ペルフルオロアルコキシエチレン（ＰＦＡ）など）、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）など）、ポリイミド（特に、ポリエーテルイミド）、ポリエーテル、ポリメチルメタクリレート、シクロオレフィンポリマ、シクロオレフィンコポリマ、ポリオレフィン（ポリプロピレンなど）、ならびに、これらのポリマのブレンド。

電気機械変換器は、さらに、上述の単層上に、特に一致させて設けられた少なくとも１つのさらなる単層のスペーサ要素を有してもよい。この場合、さらなる単層のスペーサ要素は、それぞれ、上述の単層の対応するスペーサ要素上に、特に一致させて設けられる。このように、第１および第２のポリマ層の間に少なくとも１つの特に連続的な空洞が存在しうる。さらなる単層のスペーサ要素は、同様に、特に互いに対して、実質的に同じ高さを有することが好ましい。さらなる単層は、特に、第１のポリマ層および第２のポリマ層の間に同様に配置される。

電気機械変換器は、さらに、２つの電極（特に、電極層）を備えることが好ましく、一方の電極は第１のポリマ層に接触し、他方の電極は第２のポリマ層に接触する。第１のポリマ層および第２のポリマ層は、さらに、逆の電荷を有してよい。特に、本発明に従う電気機械変換器は、互いに積み重ねられた２以上の構造（特に、サンドイッチ構造）を備えてよく、かかる構造の各々は、第１のポリマ層、スペーサ要素の単層、および、第２のポリマ層を備えており、スペーサ要素の単層は第１のポリマ層および第２のポリマ層の間に配置され、単層のスペーサ要素は実質的に同じ高さを有し、第１のポリマ層および第２のポリマ層の間に少なくとも１つの空洞が存在する。この場合、第１および第２のポリマ層は、それぞれ、電極に接触してよい。異なる構造の２つの近接するポリマ層は、同じ誘電分極を有することが好ましい。特に、異なる構造の２つの近接するポリマ層は、この場合、同じ電極と接触してよい。

本発明に従う電気機械変換器のその他の特徴に関して、本発明に従う方法および本発明に従う利用に関連する説明を明確に参照する。

本発明は、さらに、例えば、電気機械分野および／または電気音響分野において、特に、機械的振動からのエネルギハーベスティング、音響、超音波、医療診断、音響顕微鏡法、メカニカルセンサ技術（特に、圧力、力、および／または、歪みセンサ技術）、ロボット工学および／または通信技術、特に、拡声器、振動変換器、光偏向器、ダイヤフラム、ガラス光ファイバ用の変調器、焦電検出器、コンデンサ、および、制御システムの分野において、センサ、ジェネレータ、および／または、アクチュエータとして、本発明に従う変換器を利用することに関する。

本発明に従う利用のその他の特徴に関して、本発明に従う方法および本発明に従う電気機械変換器に関連する説明を明確に参照する。

図面および実施例の説明
電気機械変換器（特に、圧電変換器）の製造および構造に関する発明について、図面および以下の図面の説明を用いて詳細に説明する。図面および実施例の説明は、本質的に説明を意図したものにすぎず、本発明を限定するものではない。

本発明に従う電気機械変換器（変換器のポリマ層は熱可塑性材料から形成されている）の第１の実施形態を示す概略断面図。

本発明に従う電気機械変換器（変換器のスペーサ要素は熱可塑性材料から形成されている）の第２の実施形態を示す概略断面図。

本発明に従う電気機械変換器（変換器のスペーサ要素は印刷材料内の充填剤として提供されている）の第３の実施形態を示す概略断面図。

本発明に従う電気機械変換器（変換器のスペーサ要素は、構造化された接着剤の層または熱可塑性材料層によって固定されている）の第４の実施形態を示す概略断面図。

本発明に従う電気機械変換器（変換器のスペーサ要素はクランプでポリマ層を一緒にクランプすることによって固定されている）の第４の実施形態を示す概略断面図。

図１は、本発明に従う、第１のポリマ層１、スペーサ要素３の単層、および、第２のポリマ層２を備えている電気機械変換器の第１の実施形態を示す概略断面図である。図１に示すように、スペーサ要素３の単層は、第１のポリマ層１および第２のポリマ層２の間に配置されており、単層のスペーサ要素３は実質的に同じ高さｈを有する。ここで、「実質的に」とは、特に、製造に関連する高さの差（誤差）が網羅されることを意味する。さらに、図１によると、第１のポリマ層１および第２のポリマ層２の間には空洞４が存在する。

本発明に従う電気機械変換器について示された第１の実施形態の範囲内で、第１のポリマ層１および第２のポリマ層２は、熱可塑性材料から形成される。スペーサ要素３は、非熱可塑性材料から形成され、スペーサ要素３が高温かつ高圧で熱可塑性ポリマ層１，２内に圧入され、熱可塑性ポリマ層１，２が変形される、積層法によって固定された。

図２は、本発明に従う電気機械変換器の第２の実施形態を示す概略断面図であり、基本的に、第１および第２のポリマ層１，２の代わりにスペーサ要素３が熱可塑性材料から形成されている点で、第１の実施形態と異なっている。図２に示すように、熱可塑性スペーサ要素３は、高温かつ高圧で積層法によって変形され、第１のポリマ層１および第２のポリマ層２の間に固定されている。

図３は、本発明に従う電気機械変換器の第３の実施形態を示す概略断面図であり、基本的に、スペーサ要素３が、印刷法によって印刷材料５内の充填剤として第１のポリマ層１上に提供され、空洞４を形成するために構造化されて第１のポリマ層１および第２のポリマ層２を互いに結合する固定層５内に存在する点で、第１および第２実施形態と異なっている。

図４は、本発明に従う電気機械変換器の第４の実施形態を示す概略断面図であり、基本的に、スペーサ要素３が、構造化された接着層（または熱可塑性層）５を用いて接着法（または積層法）によって、第１のポリマ層１および第２のポリマ層２に接して固定されている点で、第３実施形態と異なる。

図５は、本発明に従う電気機械変換器の第５の実施形態を示す概略断面図であり、ポリマ層１，２を一緒にクランプすることによってポリマ層１，２の間にスペーサ要素３を固定するクランプ６を有する点で、他の実施形態と異なっている。また、図５に示すように、クランプは、同時にシールとしても構成されており、シールは、スペーサ要素３が存在しポリマ層１，２によって２つの側が規定された空洞４の残りの側を規定して密閉する。

Claims (14)

1. 電気機械変換器を製造するための方法であって、
   Ａ）実質的に同じ高さ（ｈ）を有するスペーサ要素（３）の単層を第１のポリマ層（１）上に適用する工程と、
   Ｂ）前記第１のポリマ層（１）と第２のポリマ層（２）との間に少なくとも１つの空洞（４）が存在するように、前記単層の前記スペーサ要素（３）上に前記第２のポリマ層（２）を適用する工程と、
   Ｃ）前記第１のポリマ層（１）および前記第２のポリマ層（２）の間に前記スペーサ要素（３）を固定する工程と、
   を備える、方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記スペーサ要素（３）は、球体および／または棒体の形状で構成される、方法。
3. 請求項１に記載の方法において、前記スペーサ要素（３）は、棒体形状で構成され、前記第１のポリマ層（１）上に蛇行して配置される、方法。
4. 請求項１に記載の方法において、前記スペーサ要素（３）は、ガラスまたはポリマから形成される、方法。
5. 請求項１に記載の方法において、前記スペーサ要素（３）は、１μｍ以上８００μｍ以下の高さ（ｈ）および／または１μｍ以上８００μｍ以下の直径を有する、方法。
6. 請求項１に記載の方法において、工程Ａ）における前記スペーサ要素（３）の前記第１のポリマ層（１）上への適用は、分散法および／または噴霧法および／または流動床法および／またはプレースメント法および／または印刷法および／またはコーティング法によって実行される、方法。
7. 請求項１に記載の方法において、工程Ａ）における前記スペーサ要素（３）の前記第１のポリマ層（１）上への適用は、印刷法および／またはコーティング法によって実行され、前記スペーサ要素（３）を充填剤として含む印刷材料および／またはコーティング材料が用いられる、方法。
8. 請求項７に記載の方法において、前記スペーサ要素（３）の固定は、工程Ａ）において前記スペーサ要素の単層を適用した後に、前記スペーサ要素（３）を含む前記印刷材料および／またはコーティング材料（５）を部分的にのみ硬化させ、工程Ｂ）において前記第２のポリマ層（２）を適用した後に、前記スペーサ要素（３）を含む前記印刷材料および／またはコーティング材料（５）を完全に硬化させることによって実行される、方法。
9. 請求項１に記載の方法において、前記スペーサ要素（３）の固定は、
   印刷法および／またはコーティング法によって印刷材料および／またはコーティング材料を適用することにより、工程Ａ）の前の工程０）において、前記スペーサ要素（３）および／または前記第１のポリマ層（１）および／または前記第２のポリマ層（２）上に接着剤の層（５）を適用する接着法によって、
   ならびに／もしくは、
   印刷法および／またはコーティング法によって印刷材料および／またはコーティング材料を適用することにより、工程Ａ）の前の工程０）において、前記スペーサ要素（３）および／または前記第１のポリマ層（１）および／または前記第２のポリマ層（２）上に熱可塑性材料層（５）を適用する、および／または、前記スペーサ要素（３）および／または前記第１のポリマ層（１）および／または前記第２のポリマ層（２）を熱可塑性材料で形成する積層法によって、
   ならびに／もしくは
   クランプ（６）によって前記第１のポリマ層（１）および前記第２のポリマ層（２）を一緒にクランプするクランプ法によって、実行される、方法。
10. 請求項７または９に記載の方法において、前記印刷材料および／またはコーティング材料は、セルロースエステル、セルロースエーテル、ゴム誘導体、ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル、アルキド樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、アミド樹脂、ケトン樹脂、キシレンホルムアルデヒド樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルエステル、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルエーテル、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、コポリエステル、ポリアミド、シリコーン樹脂、ポリウレタン、および、これらのポリマのブレンドからなる群から選択された少なくとも１つのポリマを含む、方法。
11. 請求項７または９に記載の方法において、前記印刷材料および／またはコーティング材料は、１または複数の一成分ポリウレタンおよび／または１または複数の二成分ポリウレタンおよび／または１または複数の水系ポリウレタン分散体および／または１または複数のポリウレタンホットメルト接着剤を含む、方法。
12. 請求項９に記載の方法において、前記接着剤の層（５）および／または前記熱可塑性材料層（５）は、構造化された層である、方法。
13. 請求項９に記載の方法において、工程Ａ）の後に、前記方法は、
    Ａ１）前記接着剤の層（５）および／または前記熱可塑性材料層（５）に接着していないスペーサ要素（３）を除去する工程を備える、方法。
14. 電気機械変換器であって、
    第１のポリマ層（１）と、
    スペーサ要素（３）の単層と、
    第２のポリマ層（２）と、
    を備え、
    前記スペーサ要素（３）の単層は前記第１のポリマ層（１）および前記第２のポリマ層（２）の間に配置され、
    前記単層の前記スペーサ要素（３）は実質的に同じ高さ（ｈ）を有し、
    前記第１のポリマ層（１）および前記第２のポリマ層（２）の間に少なくとも１つの空洞（４）が存在する、電気機械変換器。

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