JP2014513510A - 変形可能なポリマー装置及び変形可能なポリマーフィルムを作るための自動化された製造プロセス - Google Patents

Abstract

変形可能なポリマー装置で使用する、模様を有する変形可能なポリマーフィルムを製造するプロセスが開示されている。このプロセスは、変形可能なフィルムとプロセス工具との間に中間層を配置すること、及び変形可能なフィルムの第１面に少なくとも１つの電極を形成するために、インクを塗布することによって変形可能なフィルムに少なくとも１つの電極を印刷することを有する。中間層により、印刷プロセス後、プロセス工具から変形可能なフィルムを取り外しできるようにする。本発明のプロセスによって製造されたフィルムにより、電場応答性ポリマー装置での使用を見出すことができる。

Description

本願は、２０１１年４月２１日に出願された米国暫定出願番号第６１／４７７６７５号（発明の名称「自動化された「電場応答性ポリマー型人工筋肉（ＥＰＡＭ（Electroactive Polymer Artificial Muscle））製造プロセス」）、２０１１年４月２１日に出願された米国暫定出願番号第６１／４７７７０９号（発明の名称「ライナーを有しない印刷」）、２０１１年５月５日に出願された米国暫定出願番号第６１／４８２７５１号（発明の名称「ライナーを有しない印刷II」）、２０１１年３月１日に出願された米国暫定出願番号第６１／４４７８３２号（発明の名称「電極用の線維状構造」）、２０１１年１０月１３日に出願された米国暫定出願番号第６１／５４６６８３号（発明の名称「改造された柔らかい工具及び印刷厚さにおけるトラフの効果」）、及び２０１１年１０月２１日に出願された、米国暫定出願番号第６１／５４９７９９号（発明の名称「ロールトゥーロールカートリッジ印刷及びロールトゥーロールカートリッジプロセス用の連続ウェブフレームベルトの使用」）の利益を米国特許分類（ＵＳクラス）の分類３５、細分類１１９（ｅ）で主張し、参照することでその全体内容をここに組み入れる。

本発明は、一般に製造に関し、特に、電場応答性ポリマーフィルム及び電場応答性ポリマー装置を製造するための大量製造プロセスに関する。

今日用いられている極めて多くの種類の装置は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するために、何種類かのアクチュエータに依存している。逆に言えば、多くの発電アプリケーションは、機械的動作を電気エネルギーに変換することによって作動する。このように、機械的エネルギーを取り入れるために用いられる場合には、同種のアクチュエータをジェネレータと呼ぶことができる。さらに、物理的刺激、例えば、振動や圧力を測定目的の電気信号に変換するために上記構造が用いられる場合、センサと位置付けられ得る。さらに「変換器（transducer）」という用語は、一般的に、これらのあらゆる装置に言及するために用いることができる。

多くの設計上の判断が先進の誘電性エラストマー材料を選択し、用いることを支持している。この誘電性エラストマー材料は、変換器製作用の「電場応答性ポリマー」とも呼ばれる。上記判断は、ポテンシャル電力、電力密度、電力変換／電力消費、大きさ、重量、コスト、応答時間、デューティーサイクル、サービス要件、環境影響等を含む。そのため、多くのアプリケーションにおいて、電場応答性ポリマー技術は、圧電物質、形状記憶合金、及びモータやソレノイド等の電磁気装置に対する理想の代替品を提供する。

電場応答性ポリマー変換器は、変形可能な特性を有するとともに、薄い誘電性エラストマー材料により仕切られた２つの電極を備える。これらの電極間に電圧差を印加すると、逆帯電した電極が互いに引き合って、それらの間で誘電性ポリマー層を圧迫する。上記電極が互いに距離を縮めるように引き合うので、誘電性ポリマーフィルムはより薄くなり（Ｚ軸成分が縮まり）、（Ｘ軸およびＹ軸に沿って）平面方向に延びる。言い換えれば、このフィルムの変位は、面内である。誘電性ポリマーフィルムは、また、（Ｚ軸に沿って）フィルム構造体に対して直角方向に動くように構成することもできる。言い換えれば、このフィルムの変位は、面外である。米国特許番号第７５６７６８１号は、面外の変位をもたらす誘電性ポリマーフィルムの構造物を開示するとともに、表面の変形あるいは厚みモードの偏向にも言及している。

誘電性ポリマーフィルムの材料および物理的特性は、変換器によって被る変形をカスタマイズするために、変更し、制御することができる。より具体的に言うと、ポリマーフィルムと電極材料との間の相対的弾性、ポリマーフィルムと電極材料との間の相対的厚さ、ポリマーフィルムおよび／または電極材料の厚さの変化、（局在する活性領域と非活性領域をもたらす）ポリマーフィルムおよび／または電極材料の物理的模様、電場応答性ポリマーフィルム全体に配置されている張力すなわち予歪み、フィルムに印加される電圧量またはフィルム上に誘起されるキャパシタンス等の要因は、活性状態において、フィルムの特徴をカスタマイズするために制御し、変更することができる。

フィルムのみを使用するか、電場応答性ポリマーアクチュエータの中にフィルムを使用するかにかかわらず、前記電場応答性ポリマーフィルムによりもたらされる利点から利益を得るであろう、非常に多くの出願が存在する。このような出願の１つは、触覚フィードバック（ユーザーの体に加えられた力を通して、ユーザーに情報を伝達すること）を作るためのアクチュエータとしての電場応答性ポリマー変換器の使用を含んでいる。一般的に、ユーザーにより引き起こされた力に応じて、触覚フィードバックを使用する周知のユーザーインターフェース装置は多く存在する。触覚フィードバックを使用できるユーザーインターフェース装置の実例は、キーボード、キーパッド、ゲームコントローラ、リモコン装置、タッチスクリーン、コンピュータマウス、トラックボール、スタイラスペン、ジョイスティック等を含んでいる。このユーザーインターフェースは、装置からのフィードバックまたは情報について、ユーザーが操る、係合する、かつ/または観察するいかなる面も含むことができる。このようなインターフェース表面の実例は、キー（例えば、キーボードのキー）、ゲームパッドまたはボタン、ディスプレイスクリーン等を含んでいるが、これらに限定されない。

これらの種類のインターフェース装置に提供される触覚フィードバックは、振動、脈動、スプリング力等の物理的感覚の形であり、ユーザーは、直接的に（例えば、スクリーンをタッチすることによって）、間接的に（例えば、携帯電話がハンドバックやかばんの中で振動するときのような振動の効果によって）、あるいは、別の感覚で（例えば、ユーザーによって感知される圧力変動（pressure disturbance）を作り出す運動体のアクションによって）感知する。スマートフォン、パーソナルメディアプレイヤー、ポータブルコンピューター装置、ポータブルゲームシステム、電子リーダー等の民生用電子メディア装置の増殖により、一部の消費者が、電子メディア装置において、利益を得るか、または改良された触覚効果を望む状況を作り得る。しかしながら、装置コストの増加、または装置外形の大型化によって、電子メディア装置の全モデルの触覚性能を向上させることを正当化しなくてもよい。さらに、特定の電子メディア装置の消費者は、特定の活動のために電子メディア装置の触覚性能を一時的に向上させることを望んでもよい。

民生用電子メディア装置における電場応答性ポリマー材料、及び他の多数の市販の消費者アプリケーションの使用は、フィルムの精密さ及び不変性を維持する一方で、製造量を増加させる必要性を強調する。

米国特許第７５６７６８１号明細書

これらのデザインとともに使用できる電場応答性ポリマー装置は、プラナー（planar）、ダイアフラム（diaphragm）、厚みモード（thickness mode）、ロール、受動連結装置（passive coupled device）（ハイブリッド（hybrids））、及び本明細書で引用された同一出願人による特許及び特許出願に記載されたあらゆるタイプの電場応答性ポリマー装置を含むが、これらには限定されない。

ある実施形態では、電場応答性ポリマーアクチュエータは、少なくとも１つの電場応答性ポリマーカートリッジを備える。電場応答性ポリマーカートリッジは、誘電性エラストマー層を有する電場応答性ポリマーフィルムを含む。一部の誘電性エラストマー層は、第１と第２の電極間に存在し、電極のオーバーラップ部分は、活性部分を有する活性領域を規定する。電極にトリガー信号を入力することにより、触覚効果を作り出す活性領域の動きをもたらす。

電場応答性ポリマーアクチュエータは、一緒に連結された複数の別々の電場応答性ポリマーカートリッジを有することができる。電場応答性ポリマーアクチュエータは、各電場応答性ポリマーカートリッジの活性領域を有する拡大した活性部分を備える。

上記したように、バッチ製造によって得られたパフォーマンス特性、すなわち少量製造プロセスを維持する一方で、前記電場応答性ポリマー装置を大量製造する要求がある。

本開示は、変形可能なポリマーフィルム装置を大量製造するプロセスを含む。ある実施形態では、プロセスは、エラストマー材料の供給部からエラストマー材料のフィルムを連続的に前進させること、エラストマー材料の供給部と連続する予め歪ませた第１のフィルム部分を作るために任意にフィルムを機械的に歪ませること、第１のフィルム部分が支持部分と非支持部分とを有するようにフィルム部分を支持すること、第１のフィルム部分の非支持部分の第１側に少なくとも１つの第１電極を作るためにインクを塗布すること、及び第１電極とは反対側の第１のフィルム部分の非支持部分の第２側に少なくとも１つの第２電極を作るためにインクを塗布し、電場応答性ポリマーフィルムの少なくとも第１部分を完成させるために１つの対向する電極ペアを形成すること、及び電場応答性ポリマーの第１部分を集めることを有する。

任意に、プロセスは、フィルムと連続する予め歪ませた第２のフィルム部分を作るために、フィルムを機械的に歪ませること、予め歪ませた第２のフィルム部分が支持部分と非支持部分を有するように、予め歪ませた第２のフィルム部分を支持すること、予め歪ませた第２のフィルム部分の非支持部分の第１側に少なくとも１つの第１電極を作るためにインクを塗布すること、電場応答性ポリマーフィルムの少なくとも第２部分を完成させるように少なくとも１つの対向する電極ペアを形成するために、第１電極とは反対側の予め歪ませた第２のフィルム部分の非支持部分の第２側に少なくとも１つの第２電極を印刷すること、及び電場応答性ポリマーの第２部分を集めることを有することができる。

本発明プロセスのある実施形態では、フィルム部分は、フィルム部分の一部の剛性を増加させることによって支持してもよい。

プロセスは、多層フィルムを作るために、少なくとも第１部分及び第２部分を積み重ねること、すなわちラミネートすることをさらに有することができる。

本発明の製造プロセスのある実施形態では、構造的、または接着性の材料の層は、積み重ねること、すなわちラミネートの製造工程前または製造工程中のいずれかに電場応答性ポリマーフィルムに取り付けることができる。

本明細書で説明されるプロセスは、エラストマー材料の供給ロールをほどくことによって、エラストマー材料の供給部からエラストマー材料のフィルムを前進させることを有してもよい。フィルムは、一定速度で、または所定の滞留時間の間、一連のプロセスステーションのそれぞれでフィルムの各部分が停止するステップ的に前進させてもよい。

製造プロセスのある実施形態では、予め歪ませた第１のフィルム部分を支持することは、支持層を予め歪ませた第１のフィルム部分に取り付けること、及び／または予め歪ませた第１のフィルム部分にＵＶ処理または熱処理を加えることを有する。

本発明な製造プロセスの一部分として、フィルムは、裂け、または裂けの伝播を回避するために、縁に取り付けられたテープまたは他の材料によって任意に補強することができる。テープまたは取り付けられた材料は、フィルムを伸長させることができるように、伸縮可能に、または模様を有するようにすることができる。

フィルムに予歪みを加えることは、フィルムの近くの縁と遠くの縁のそれぞれに、第１及び第２のベルト部材を使用することを含むことができる。第１及び第２のベルト部材は、それぞれ、フィルムを挟み込む上面及び底面を備え、フィルムのヤング率よりもはるかに大きなヤング率を有する材料を備える。任意に、ベルト部材は、有孔ベルト部材を備えることができ、穴開けローラ(perforation roller)は、フィルムを機械的に歪ませるために使用される。

有孔ベルトを作る１つの方法は、ピン供給されるプリンタ紙の縁に沿って穴の開いたラインと同じウェブ方向に平行な精密な穴の開いたラインを有する取り外しライナーにポリマーフィルムをラミネートまたはキャスト(cast)することである。本発明の変換器製造プロセス中、取り外しライナーの中央領域は、フィルムの非支持領域から、かつ、穴の開いたラインに沿って引き裂くことによって、フィルムの縁に沿って取り外しライナーのストリップから分離させることができる。取り外しライナーの残りのストリップは、有孔ベルトとしての役割を果たし、穴開けローラのピンまたはスプロケットによってパンチされる穴を追加の穴開けを規定する穴を有してもよい。代案として、これらの穴は、変換器製造プロセスの一部分として、パンチで穴を開けるか、ドリルで穴を開けるか、または切り抜いてもよい。

フィルムの歪みは、等方性の予め歪ませたフィルム部分、または非等方性の予め歪ませたフィルム部分を作るために、２方向または１方向に存在させてもよい。

本明細書で説明される工具及びプロセスの使用により、インクが予め歪ませたフィルムに加えられるとき、プロセス工具に対して、予め歪ませた第１のフィルム部分が前進されるスクリーン印刷プロセスを用いることを可能にする。

ある実施形態では、本発明なプロセスは、「柔らかい工具」の使用を含めてもよい。例えば、印刷プロセスは、プロセス工具から予め歪ませた第１のフィルム部分の取り外しを補助するために、予め歪ませた第１のフィルム部分とプロセス工具との間に除去可能なライナーを配置することをさらに有することができる。代案として、または組み合わせて、印刷プロセスは、プロセス工具から予め歪ませた第１のフィルム部分の取り外しを補助するために、予め歪ませた第１のフィルム部分とプロセス工具との間に、加工された面（engineered surface）及び/または柔軟な層を配置することを有することができる。さらに別の実施形態では、プロセスは、予め歪ませた第１のフィルム部分とプロセス工具との間に、変形可能な層を配置することを有することができる。変形可能な層は、予め歪ませた第１のフィルム部分に貼り付けられるライナーを使用することなしに、予め歪ませた第１のフィルム部分を取り外せるようにする。変形可能な層は、発泡層を有してもよい。

柔らかい工具により、フィルムの同じ面の圧力を変えることができる。例えば、本明細書で説明されるプロセスは、予め歪ませた第１のフィルム部分に対する変形可能な層を取り付けにより、予め歪ませた第１のフィルム部分のインク深さを変えて印刷できるようにするキャビティの第１圧力、及び面の第２圧力を許容するように、変形可能な層の面に少なくとも１つのキャビティを含む変形可能な層をさらに有することができる。

本発明な製造プロセスは、電場応答性ポリマーアクチュエータ装置を組み立てるために、少なくとも１つのフレーム及び／または出力バーを電場応答性ポリマーフィルムの第１部分に取り付けることを含めてもよい。代案として、電場応答性ポリマーフィルムの第１部分を集めるためのプロセスは、電場応答性ポリマーフィルムのロールを形成するために、複数の電場応答性ポリマーフィルムを巻くことを有する。

以下で説明されるプロセスの別の実施形態は、電場応答性ポリマー装置で使用する電場応答性ポリマーフィルムを製造することを有する。ある実施形態では、プロセスは、予め歪ませたエラストマーフィルムを製造するために、エラストマーフィルムの一部分を予め歪ませること、予め歪ませたエラストマーフィルムを支持すること、予め歪ませたエラストマーフィルムとプロセス工具との間に中間層を配置すること、及び予め歪ませたエラストマーフィルムの第１面に電極を形成するために、インクを塗布することによって予め歪ませたエラストマーフィルムに少なくとも１つの電極をスクリーン印刷することを有する。中間層は、スクリーン印刷プロセス後、プロセス工具から第２面の取り外せるようにする。

中間層は、除去可能なライナーを備えることができる。代案として、または組み合わせて、中間層は、加工された面及び／または柔軟な層を備えていてもよい。加工された面は、パーチメント紙、スクリーンメッシュ、テクスチャ面、ノンスティック面、及びポリマーシートからなるグループから選択された面を有する。

別の実施形態では、中間層は変形可能な層を備える。例えば、変形可能な層は、エチレン酢酸ビニル発泡体材料を備えることができる。変形可能な層は、フィルムに対して適切な面取り外し特性を有するシリコン及びポリウレタンのゲルまたは発泡体のような類似の柔らかい材料を備えることができる。変形可能な層の使用により、変形可能な層に複数のキャビティを許容する。キャビティは、スクリーン印刷の間、領域の圧力を変更できるようにする。プロセスは、予め歪ませたエラストマーフィルムの第１面で深さ（高さ）を変えてインクを塗布することをさらに有する。

本明細書で開示された別の実施形態では、本発明は、エラストマーフィルムの一部分を予め歪ませる工程、エラストマーフィルムとプロセス工具との間に変形可能な層を用いてエラストマーフィルムの一部分の表面に少なくとも１つの電極をスクリーン印刷する工程を有するプロセスによって作られる、電場応答性ポリマー装置で使用する電場応答性ポリマーフィルムを備える。変形可能な層は、エラストマーフィルム上で深さを変えたインク部分を塗布するためにインク塗布の間、圧力を変えること、１つ以上のフレーム、出力バー、またはフィルム面に対する屈曲部を取り付けることを可能にする１つ以上のキャビティを備える。

スクリーン印刷に加えて、フレキソ印刷、パッド印刷、グラビア印刷、インクジェット印刷、及びエアロゾルジェット印刷のような他の印刷プロセスが、本願の製造プロセスにおいて有用であることが分かる。

これらの本発明の特徴、目的および利点は、以下でさらに十分に説明するように、本発明の詳細を読んだとき当業者に明らかになる。加えて、本明細書で説明されるプロセス及び装置の実施形態は、実施形態の組み合わせまたは実施形態の実施形態の組み合わせが明らかに示されてないか、または説明されてなくても、本開示の範囲内で取り得る実施形態の組み合わせまたは実施形態の態様の組み合わせを含む。

本発明は、添付の図面と同時に読んだときに、以下の詳細な説明から最も理解される。理解を助けるために、図面に共通している同じ構成要素を示すため（差し支えなければ）同じ参照番号を用いている。以下のものが図面に含まれている。

本発明の一実施形態に従う電圧印加前の変換器の上方斜視図を示す。 本発明の一実施形態に従う電圧印加後の変換器の上方斜視図を示す。 例示の電場応答性ポリマーカートリッジを示す。 電場応答性ポリマーアクチュエータ、慣性マス、及びアクチュエータハウジングの分解図を示す。 電場応答性ポリマーフィルムの中にエラストマーフィルムを準備するための概略的なロールトゥーロールプロセスを示す。 電場応答性ポリマー装置を作るために組み合わされる２つのロールの電場応答性ポリマーフィルムを示す。 エラストマーフィルム上の所望の歪みの制御を支援する硬いベルト部材を使用する一例を示す。 エラストマーフィルム上の所望の歪みの制御を支援する硬いベルト部材を使用する一例を示す。 エラストマーフィルム上の所望の歪みの制御を支援する硬いベルト部材を使用する一例を示す。 エラストマーフィルム上の所望の歪みの制御を支援する硬いベルト部材を使用する一例を示す。 電場応答性ポリマーアクチュエータを製造するのに有用な印刷プロセスの実施形態を示す。 図５Ａに示された構造体と同様の、ライナーの必要性を排除する印刷構造体の実施形態を示す。 図５Ａ及び図５Ｂに示されたいかなる層も使用することなしに、フィルムが直接発泡層に接触する工具形状の別の実施形態を示す。 同一の印刷プロセスでインク深さを変えた塗布を可能にするエッチングされた発泡層を示す。 スクリーン印刷された電場応答性ポリマーフィルムの四角い模様を有する微細構造を示す。 フレキソ印刷によって印刷された電場応答性フィルムの線維状の微細構造を示す。 予め歪ませたシリコンフィルムを保持するために連続的なウェブフレームを使用した本発明プロセスを示す。 ウェブ上に順番に並べられたいくつかの印刷ステーションを示す。 本発明のプロセスに従うラインの１つのレイアウトを示す。

図に示されたものから本発明の変形が熟慮される。

電場応答性ポリマー装置及びそれらのアプリケーションの例は、例えば、米国特許No. 7,394,282、7,378,783、7,368,862、7,362,032、7,320,457、7,259,503、7,233,097、7,224,106、7,211,937、7,199,501、7,166,953、7,064,472、7,062,055、7,052,594、7,049,732、7,034,432、6,940,221、6,911,764、6,891,317、6,882,086、6,876,135、6,812,624、6,809,462、6,806,621、6,781,284、6,768,246、6,707,236、6,664,718、6,628,040、6,586,859、6,583,533、6,545,384、6,543,110、6,376,971、6,343,129、7,952,261、7,911,761、7,492,076、7,761,981、7,521,847、7,608,989、7,626,319、7,915,789、7,750,532、7,436,099、7,199,501、7,521,840、7,595,580、7,567,681、および、米国特許出願公開No.2009/0154053、2008/0116764、2007/0230222、2007/0200457、2010/0109486、2011/128239、および、PCT国際公開No. WO2010/054014に記載されており、その内容の全てを、本明細書の一部を構成するものとして援用する。

本発明は、変形可能なポリマー装置で使用する、模様を有する変形可能なポリマーフィルムの製造プロセスを提供する。このプロセスは、変形可能なフィルムとプロセス工具との間に中間層を配置すること、及び変形可能なフィルムの第１面に少なくとも１つの電極を形成するためにインクを塗布することによって変形可能なフィルムに少なくとも１つの電極を印刷することを有する。前記プロセスでは、中間層により、印刷プロセス後、プロセス工具から変形可能なフィルムを取り外すことができる。

本発明において有用なフィルムは、シリコン、ポリウレタン、アクリレート、炭化水素ゴム、オレフィン共重合体、ポリビニリデンフルオライド共重合体、フルオロエラストエラストマースチレン共重合体、及び接着性エラストマーのようなポリマーからなるフィルムを含むが、これらに限定されない。

本明細書で説明される図は、電場応答性ポリマーフィルムを用いる装置、すなわち前記電場応答性ポリマーフィルムを有する変換器の例示の形状を概略的に示すことに留意する。多くの実施形態は、本開示の範囲に含まれ、例えば、装置の実施形態では、電場応答性ポリマー変換器は、慣性触覚感覚を作り出す質量を動かすように実施することができる。代案として、電場応答性ポリマー変換器は、本明細書で説明されるアセンブリに連結されると、電子メディア装置の動きを作り出すことができる。本明細書で開示されるプロセスによって製造された電場応答性変換器は、制限なしに、液体ハンドリングシステム(fluid handling systems)、動作制御、適応光学装置(adaptive optical devices)、振動制御システム、及び環境発電システム（energy harvesting system）を含む他の多くのアプリケーションでアクチュエータ、ジェネレータ、またはセンサとして使用できる。

いかなるアプリケーションにおいても、電場応答性ポリマー変換器によって作り出される変位は、側方運動として感知される面内のみに、または（垂直方向の変位として感知される）面外に存在することができる。また、ハウジングすなわち電子メディア装置の角変位、または他のタイプの変位の組み合わせをもたらすために、電場応答性ポリマー変換器材料は、単独で指定可能なセクション／動かせるセクションを提供する部分に分けることもできる。さらに、（上記リストの出願及び特許で開示されているような）いかなる数の電場応答性ポリマー変換器、すなわちフィルムも、本願明細書に記載されているユーザーインターフェース装置に組み込むことができる。

電場応答性ポリマー変換器は、印加された電圧に対して変位するように構成することができ、主題の触覚フィードバック装置とともに使用される制御システムのプログラミングを容易にする。電場応答性ポリマー変換器は、多くの理由のために、前記アプリケーションに対して理想的である。例えば、軽い重量と最小限の構成要素とによって、電場応答性ポリマー変換器は、極めて低いプロファイルを提供し、それ自体は、知覚／触覚のフィードバックアプリケーションでの使用に対して理想的である。

図１Ａおよび図１Ｂは、電場応答性ポリマーフィルム、すなわち膜１０の構造体の一例を示している。薄膜誘電性エラストマーフィルム、すなわち層１２は、柔軟な（伸縮可能な）電極プレートすなわち電極層１４，１６の間に挟まれており、容量性構造体すなわち容量性フィルムを形成している。この誘電性層の長さ「ｌ」と幅「ｗ」、及び複合材料構造体の誘電性層の長さ「ｌ」と幅「ｗ」）は、その厚さ「ｔ」よりもはるかに大きい。一般に、上記誘電性層は、約１０μｍから約１００μｍの範囲内の厚さを有し、構造体の厚さ合計は、約１５μｍから約１０ｃｍの範囲内にある。加えて、電極１４，１６の弾性係数、厚さ、および／または形状を以下のように選択することが望ましい。すなわち、それらがアクチュエータにもたらす付加剛性が、ほとんどの場合、誘電性層１２の剛性未満であり、比較的低い弾性係数（つまり、約１００ＭＰａより小さく、より望ましくは、約１０ＭＰａより小さい）を有するが、誘電性層１２が各々の電極よりもおそらく厚くなるように選択する。これらの柔軟容量性構造体と共に用いるのに適した電極は、機械的疲労によって破損することなく、約１％より大きい、繰り返し使用による歪みに耐えることができるものである。

図１Ｂに示すように、電圧を電極に印加すると、２つの電極１４，１６の異なる電荷が互いに引きつけられて、これらの静電引力が誘電性フィルム１２を（Ｚ軸に沿って）圧迫する。その結果、誘電性フィルム１２は、電場の変化と共に偏向させられる。電極１４，１６は柔軟であるので、誘電性層１２と共に形状を変える。本発明の文脈において、偏向は、誘電性フィルム１２の一部分の変位、膨張、収縮、ねじれ、線形歪みまたは領域歪み、あるいは他の変形を言う。例えば、容量性構造体１０が使用されているフレーム（正確には「変換器」と呼ばれる）の構造に応じて、この偏向は、力学的仕事を作り出すよう用いられ得る。種々の異なる変換器構造体が、上記特許文献に開示され記載されている。

印加された電圧によって、機械的な力が撓みを駆動する静電力と釣り合いが取れるまで、変換器の膜１０は撓み続ける。機械的な力は、誘電性層１２の弾性的復元力、電極１４，１６の柔軟性または伸縮性、及び装置によって提供された外部抵抗、及び／または変換器１０に連結されたロードを含む。印加された電圧の結果としての変換器１０の合成された撓みは、エラストマー材料の誘電率、及びその大きさ及び剛性のような多数の他の要因に依存してもよい。電圧差の除去、及び帯電の除去により、逆の効果をもたらす。

場合によっては、電極１４，１６は、誘電性フィルム１２の全エリアに対して限定された一部分を覆ってもよい。これは、誘電性層の縁周りの電気絶縁破壊を防ぐため、あるいは、ある一部におけるカスタマイズされた偏向を実現するために成される。活性領域外部の誘電性材料（後者は、誘電性材料の一部であり、この誘電性材料は、この一部の偏向を可能にするのに十分な静電力を有している）は、偏向中に活性領域の外部バネ力として機能することができる。すなわち、活性領域外部の材料は、その収縮または膨張による活性領域の偏向に耐える、あるいは、この偏向を強めることができる。

上記誘電性フィルム１２は、予め歪ませることができる。この予歪みは、電気的エネルギーと機械的エネルギーとの間の変換を改善する。すなわち、上記予歪みによって、誘電性フィルム１２がより偏向して、より大きな機械的エネルギーを提供できるようにする。フィルムの予歪みは、予歪みする前の一方向の寸法と比較した、予歪みした後の一方向の寸法変化として説明することができる。予歪みは、誘電性フィルムの弾性偏向を含むことができ、例えば、フィルムをピンと伸ばすことによって、そして、伸ばしている間に１以上の縁を固定することによって形成され得る。予歪みは、フィルムの境界において、あるいは、フィルムの一部分のみに対して与えることができ、そして、硬いフレームを用いることによって、あるいは、フィルムの一部分を補強することによって実施してもよい。

図１Ａおよび図１Ｂの変換器構造体、他の類似の柔軟構造体、およびこれらの構造体の詳細は、本願明細書に開示された多くの参照特許および刊行物にさらに十分に記載されている。

図２Ａは、フレーム８の開口に露出されている硬いフレーム８の間に配置された電場応答性ポリマー変換器フィルム２６を有する例示の電場応答性ポリマーカートリッジ１２を示す。フィルム２６の露出部分は、電極３２がフィルム２６の露出部分を挟むか、または包囲する、カートリッジ１２の片面の薄い弾性電極３２の２つのワーキングペアを有する。電場応答性ポリマーフィルム２６は、いかなる数の構造体も有することができる。しかしながら、ある例では、電場応答性ポリマーフィルム２６は、（例えば、アクリレート、シリコン、ウレタン、熱可塑性エラストマー、炭化水素ゴム、フルオロエラストマー、共重合体エラストマー、あるいは同類のもので作られている）誘電性エラストマーポリマーの薄層を有する。各々のワーキングペアの、逆帯電した電極３２に（すなわち、フィルム２６の片面に存在するペアの電極に）電圧差を与えると、対向する電極は、互いに引き付け合い、その結果、それらの間で誘電性ポリマー層２６を圧迫する。対向する電極間の領域は、活性領域と考えられている。電極が互いに接近するよう引き合うので、平面方向に広がる（すなわち、Ｘ軸成分とＹ軸成分が大きくなる）ように、誘電性ポリマー２６は、より薄くなる（すなわち、Ｚ軸成分が収縮する）（軸については、図１Ｂ参照）。さらに、電極が導電性素粒子を含む実施形態では、各々の電極に与えられた同種の電荷は、この電極内に組み込まれた導電性素粒子を互いに反発させ、その結果、弾性電極および誘電性フィルムの伸長の一因となる。代替の実施形態では、電極は、導電性素粒子（例えば、テクスチュアドスパッタの金属フィルム（textured sputtered metal film））を含まない。そのため、誘電性層２６は、電場の変化と共に偏向される。電極材料もまた柔軟であるので、電極層は誘電性層２６と共に形状を変える。上述したように、偏向は、誘電性層２６の一部のあらゆる変位、膨張、収縮、ねじれ、線形歪みまたは領域歪み、あるいは他の変形を言う。この偏向は、機械的仕事を作り出すために用いてもよい。図示するように、誘電性層２６は、１つ以上の機械的な出力バー３４を有することもできる。バー３４は、（以下で説明するような）慣性マスの取付場所、または電子メディア装置の基部に直接結合するための取付場所を任意に提供することができる。

変換器の製造において、弾性フィルム２６は、硬いフレーム８によって、通常、予め歪ませた状態に伸長させ保持できる。４つの側のフレームを使用する実施形態では、フィルムは、２軸方向に伸長することができる。予歪みによってポリマー層２６の誘電性強さが向上することが観察された。それによって、より高い電場の使用を可能にし、電気エネルギーと機械エネルギーとの間の変換を向上させる。すなわち、予歪みは、フィルムをより多く偏向させることができ、より大きな機械的仕事を提供する。望ましくは、電極材料は、ポリマー層を予め歪ませた後、取り付けられるが、予め取り付けてもよい。層２６の同じ側に設けられた２つの電極は、同一面の電極ペア、すなわち、誘電性層２６の上面の電極、及び誘電性層２６の底面の電極として本明細書で言及され、互いに電気的に孤立させることができる。ポリマー層の反対側の面の対向する電極は、２セットのワーキング電極ペア(working electrode pair)を形成する。すなわち、電場応答性ポリマーフィルム２６によって間隔をあけた電極は、１つのワーキング電極ペアを形成し、近接して露出した電場応答性ポリマーフィルム２６を包囲する電極は、別のワーキング電極ペアを形成する。同じ側の各電極ペアは、同じ極性を有することができる一方、各々のワーキング電極ペアの電極の極性は、互いに逆である。各電極は、電圧源に電気的に接続するために構成された電気接触部を有する。

この実施形態では、電極３２は、電圧源の逆極に接続することができるリード線２２，２４を有する柔軟なコネクタ３０を介して電圧源に接続されている。カートリッジ１２は、導電ビア１８，２０を有する。導電ビア１８，２０は、電極の極性に依存して、電極８と各リード線２２，２４とを電気的に接続する手段を提供することができる。

図２Ａに図示されたカートリッジ１２は、３つのバーのアクチュエータ形状を示す。しかしながら、本明細書で説明される装置及びプロセスは、特に主張されなければ、いかなる特別な形状にも限定されない。望ましくは、バー３４の数は、意図したアプリケーションに対して望まれた活性領域に依存する。活性領域の全体量、例えば電極間の領域の全体量は、アクチュエータが移動させようとする質量、及び動きの所望の周波数によって変更できる。ある例では、バーの数の選択は、動かされる物体の大きさを最初に評価することによって決定され、その後、物体の質量が決定される。アクチュエータのデザインは、所望の周波数範囲で物体を動かすデザインを設定することによって得られる。明らかに、いかなる数のアクチュエータのデザインも本開示の範囲に含まれる。

本明細書で説明されるプロセス及び装置で使用する電場応答性ポリマーアクチュエータは、多数の異なる方法で形成できる。例えば、電場応答性ポリマーは、多数のカートリッジ１２を一緒に積み重ねることによって形成することができる。前記カートリッジは、多数の層を有する単一のカートリッジを有するか、または多数の層を有する多数のカートリッジを有する。製造及び生産量を考慮することは、電場応答性ポリマーアクチュエータを形成するために、カートリッジを積み重ねることに有利に働く。そうすることで、カートリッジ間の電気接続性は、隣接したカートリッジが同一の電圧源または電力供給部に連結されるように、ビア１８，２０を電気的に結合することによって維持することができる。

図２Ａに示されたカートリッジ１２は、単一の誘電性層２６によって分離された３対の電極３２を有する。ある実施形態では、図２Ｂに示すように、慣性マス５０に連結される電場応答性アクチュエータ１４を形成するために、２つ以上のカートリッジ１２が、一緒に積み重ねられる。代案として、電場応答性アクチュエータ１４は、一時的な取り付け板すなわちフレームを通して電子メディア装置に直接連結することができる。以下で説明するように、電場応答性アクチュエータ１４は、望まれるようにアクチュエータを動かすことができるキャビティ５２の内部に配置できる。ポケット５２は、触覚ケースのハウジングに直接形成できる。代案として、ポケット５２は、装置のハウジングの内部に配置された分離ケース５６に形成できる。後者であるならば、分離ケース５６の材料特性は、アクチュエータの要求に基づいて選択できる。例えば、触覚ハウジングアセンブリの本体が柔軟であるならば、分離ケース５６は、電場応答性アクチュエータ及び／またはマス５０を保護するために堅固に形成できる。いかなる場合でも、本明細書で説明される装置及びプロセスの実施形態は、アクチュエータ１４及び／またはマス５０を動かすことができるようにするための十分なクリアランスを有するキャビティ５２の大きさを有するが、キャビティ５２の壁（例えば、触覚ハウジングすなわち分離ケース５６）が、電場応答性アクチュエータ１４の過度の動きを回避するための規制部としての役割を果たすように、公差は、十分に小さい。前記特徴は、アクチュエータの寿命を短くし得るか、そうでなければ、アクチュエータを損傷し得る過度な変位からアクチュエータの活性領域を回避する。

電場応答性ポリマーフィルムのさらなる例は、本明細書での参照によって開示され組み込まれた同一出願人による特許及び特許出願の中に見つけることができる。ロールトゥーロール製造は、大量の電場応答性ポリマー装置を製造するための望ましい方法である。ロールトゥーロール製造は、ロール形のプロセスされていないストックのフィルム材料を提供すること、ストックの材料がほどかれるときに材料を処理すること、組み立てのプロセスの最終部分で完成した電場応答性ポリマー装置を最終的に単体化することを有する。１つは、フィルムがステップで繰り返すやり方で各部分を通って前進するロールトゥーシートプロセスを有することもできる。ラインは、一連のプロセスステーションとして組織され、フィルム部分は、ステーションからステーションまでウェブに沿って前進する。

電場応答性ポリマーフィルムの最終形状は、これらの大量のフィルムを製造しようとするときの課題を表す。例えば、材料は、望ましくは、組み立ての前に、特に良好に制御された程度まで予め歪ませている。不変のウェブ速度及び張力の維持、多重印刷、すなわち模様工程のレジストレーション（registration）は、変形可能な基部上では特に難しい。また、エラストマー材料は、しばしば、製造プロセス中に損傷しがちであり、この損傷は、完成したフィルムの性能及び信頼性を制限し得る。

これらの問題及び限界に対処するために、電場応答性ポリマー装置を製造する新規のプロセスは、上述したような事項に対処する。ある実施形態では、プロセスは、ストックのフィルム材料３００を分離すること、一般的に、取り外しライナー（すなわち、フィルムが一緒に引っ付くことを回避する材料のライナー）からシリコンを分離することを有する。しかし、ストックのフィルム材料３００は、本明細書で参照することによって組み入れた参照文献で開示されたような電場応答性ポリマー装置の製造のために使用されるあらゆる材料を有していてもよい。ロールトゥーロールプロセスは、ストックのフィルム材料３００が様々な製造プロセスを通過するときに、ストックのフィルム材料３００を取り外すために処理されたローラを有することができる。例えば、前記処理は、フィルムがローラに接着するのを回避するテフロン（登録商標）コーティングまたは他の取り外し（すなわちノンスティック）コーティングを有することができる。ローラは、加工された面、除去可能なライナー、柔軟な層、または変形可能な層のような中間層で覆ってもよい。加工された面の例は、パーチメント紙、テクスチャ面、スクリーンメッシュ、ノンスティック面、及びポリマーシートを含むが、これらに限定されない。変形可能な層の例は、エチレン酢酸ビニル、シリコン、及びポリウレタンから作られた発泡体及びソフトネットワーク材料を含むが、これらに限定されない。ある代替の実施形態では、プロセスは、フィルム材料９６を直接製造する押し出しまたは他の製造プロセスにより直接供給したストックのフィルム材料３００のロールを取り替えることを有することができる。

フィルム材料９６がストックのロール３００からほどかれるとき、フィルム材料９６の層を分離する取り外しライナー３３０を巻き戻す３０２ことができる。本明細書で記したように、フィルム材料９６は、予め歪ませていてもよい。図示した実施形態では、フィルム材料９６は、例えば、異なる速度で移動するローラ３０２を用いて、機械方向（材料９６の移動方向に平行な方向）に伸長される。材料９６は、その後、分離機構３０４を用いて横方向に伸長される。実施形態は、機械方向及び横方向（すなわち２軸方向の伸長）で同時に材料９６を伸長することを有する。所望の伸長は、電場応答性ポリマー装置のアプリケーション及び所望の性能に依存する。例えば、材料は、機械方向と横方向の一方または両方に３０％伸長することができる。

場合によっては、伸長後、フィルム９６に支持層を設けることが望ましい。もしそうするならば、ラミネート層３０８は、フィルムを処理するための追加の支持を提供するために、フィルム９６に加えることができる。以下で説明するように、ラミネート３０８は、フィルム９６の破損の発生を減少させ、破損領域をフィルム９６の重要でない部分に制限する役割も果たす。このラミネート層３０８は、時には、「リップストップ」層すなわちフィルムとして言及される。リップストップラミネート層は、フィルム９６の追加の処理ができるようにするいかなる数の開口も有することができる。示していないが、処理中に、支持する能力が失われず、フィルム９６が留まらない限り、いかなる数の切り欠きもリップストップ層３０８に含めることができる。リップストップ層３０８は、いかなる数の、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、及びポリカーボネートを含むポリマー材料を有することもできる。リップストップ層３０８は、フィルム９６との相互作用を最適化するための表面処理を有していてもよい。十分な支持及び裂け抵抗を提供するために、リップストップ層３０８は、フィルム９６への良好な面ブロックを有するか、またはフィルム９６への良好な結合を有するべきである。したがって、リップストップ層３０８は、接着層、コーティング、またはテープを用いてフィルム９６にラミネートすることができる。望ましくは、リップストップ層３０８は、電場応答性ポリマー装置へのフィルム９６のさらなる処理ができるようにする開口を有していてもよい。これらの開口は、スタンプすること(stamping)、切り抜き、エッチング等のいかなる従来のプロセスによっても作ることができる。図３Ａに示すように、リップストップ３０８を有するラミネートフィルム９６は、製造プロセスを通して前進することができるけれども、プロセスの代替の実施形態は、ラミネートした後のフィルム９６をリップストップ層３０８とともに巻き戻すことを有することができる。

印刷層は、ラミネートしたリップストップ層への代替として使用できる。印刷材料は、フィルムに加えることができ、かつ適所で硬化させるか、または乾燥させることができるいかなる材料であってもよく、フィルムよりも丈夫であり、より大きな裂け抵抗を有する。適した材料の例は、ポリウレタン、シリコン、アクリレート、及びエポキシシステムを含むがこれらに限定されない。

次に、リップストップ３０８を有するフィルム９６は、１つ以上の電極印刷アセンブリ３１０によって供給される。電極印刷アセンブリ３１０は、フィルム９６の両面に電極用のバスバー接続部を任意に印刷することもできる。フレキソ印刷、グラビア（ロトグラビアまたはロト印刷とも呼ばれる）、スクリーン印刷、ロータリスクリーン印刷、インクジェット印刷、エアロゾルジェット印刷等を含む、いかなる数のウェブ印刷プロセスでも、電場応答性ポリマー装置に必要な電極を作り出すことができる。印刷プロセスは、リップストップ層の開口によって引き起こされるオフセットに対して調整してもよい（例えば、印刷ローラはフィルム９６のラミネートされていない部分に印刷するために時間が計られる隆起したボスを有することができる）。さらに、フィルム９６のウェブ位置のレジストレーションは、電極がリップストップのラミネートの開口の内側、かつフィルム９６のウェブ上に印刷されることを保証するために、必要不可欠なものすることができる。印刷及び同様のアプリケーションで共通して使用されるいかなるレジストレーションも、本明細書で開示されたプロセスに加えることができる。

図３Ａは、フィルム９６の両面で生じる印刷を示す。上記したように、電極の配置は、フィルム９６の片面で必要とされる。プロセスの代替の実施形態では、印刷は、後のプロセスで反対側に生じる印刷により、巻き戻され、再び処理されるフィルム９６の一面に生じさせることができる。代案として、単一の電極が多層の積み重ねにおいて２つの隣接した層を提供するように使用することができる、片面に印刷したフィルムは、積み重ねるか、またはラミネートすることができる。いかなる場合でも、レジストレーションは、フィルム材料の反対側及びフィルムの異なる部分に電極を印刷することが製造公差の範囲内に成されることを保証するために必要不可欠なものであってもよい。

一旦、電極がフィルム９６に配置されると、フィルム９６は、フィルム９６の層間に配置された間紙すなわち分離層３１４とともに巻き戻す３１２ことができる。代案として、フィルム９６は、本明細書で説明されるような電場応答性ポリマーフレーム及び支持構造を組み立てるために追加のプロセスを続けることができる。

図３Ｂは、２重層の電場応答性ポリマー装置を作るプロセスにおける印刷されたエラストマーフィルム９６材料の別のプロセスの例を示す。図示するように、２つのソースの印刷されたフィルム９６は、電場応答性ポリマーフィルム９６の２重層を形成するために、供給３１６したり、ほどいたり、加えることができる。フィルムは、所望のアプリケーションに応じて、任意に結合してもよいし、ラミネートしてもよい。次に、１つ以上のカートリッジフレーム３１８は、２重層の電場応答性ポリマーフィルム９６の両面のフィルム９６に加えるか、または結合してもよい。フレームの配置に加えて、１つ以上の出力バーまたはセンターディスク３２０は、２重層の電場応答性ポリマーフィルム９６の対向する両面の各々の電極によって配置してもよい。屈曲部のような構造的な要素は、フィルムに配置してもよい。追加の印刷ステーションは、フレーム、屈曲部、及び出力バーのための接着剤や構造材料を印刷するために用いてもよい。最後に、完成した電場応答性ポリマー装置は、ウェブから取り除くことができる（例えば、ダイカット、パンチ、レーザーカット等）。明らかに、プロセスの実施形態は、プロセスのいかなるステージの後も材料の取り外しを含むことができる。そのため、装置は、コンベア組み立てシステム上ではなく、むしろバッチプロセスで終了することができる。さらに、プロセスの実施形態は、後の除去のための完成した電場応答性ポリマー装置の巻き戻しを有する。

代替の実施形態では、電場応答性ポリマー装置を製造するプロセスはエラストマーのポリマーのＵＶ処理、熱処理、または表面処理を有していてもよい。本願発明者は、フィルムに電極を塗布する前のフィルムのＵＶ処理により、完成したアクチュエータのストローク性能の向上がもたらされることを見出した。いかなる特別な理論に結び付くことを望まない一方、本願発明者は、ＵＶ露出、シリコン、ポリウレタン、アクリレート、炭化水素ゴム、オレフィン共重合体、ポリビニリデンフルオライド共重合体、フルオロエラストマースチレン共重合体、及び接着性エラストマーにより、電極の塗布の均一性を向上させるためにフィルムの表面エネルギーを変更できると考えている。さらに、発明者は、ＵＶ硬化により、エラストマーをより柔軟にする体積弾性率またはエラストマーの他の特性を変更できること、そして、ＵＶ処理により、製造プロセスにおける熱投入中に架橋するポリマーフィルムの機能的な残基を修飾できることを考えた。

実際のメカニズムにかかわらず、本願発明者は、ＵＶ硬化がアクチュエータのストローク性能を向上させるための効果的な処理であることを見出した。ある例では、ＵＶ硬化により、アクチュエータのパルス応答を２０％向上させ、ＵＶ硬化していないエラストマーと比較すると、より低い共鳴周波数を有するアクチュエータを特徴付けた。ＵＶ硬化のパラメータは、多数の要因及び最終の電場応答性ポリマー装置の所望のアプリケーションによって変更する。ある例では、６．５〜７．０Ｊ／ｃｍ^２のＵＶ硬化がアクチュエータのストローク性能を向上させるＵＶ処理の最適点であることが見出された。（電極の塗布前の）ＵＶ硬化の別の予期しない利益は、ＵＶ硬化と電極印刷との間の待ち時間が影響を受ける要因ではなかったということである。本願発明者によって導かれた研究では、待ち時間は、２５日間もの長い間、続くことがある。この発見は、フィルムを予め歪ませる間、または予め歪ませた直後に、潜在的に、ＵＶ硬化を許容する。場合によっては、本明細書で説明されるようにエラストマーフィルムが形成されるときから処理されるときまで、利益が保持されるように、フィルムの製造中、エラストマーを処理することができる。

（シリコンのような）エラストマーフィルム用のロールトゥーロール製造を使用しようと試みることによる問題の１つは、フィルムが極めて低い体積弾性率を有する一方、フィルムが比較的薄い（例えば２３μｍ）という点である。柔軟なフィルムは、予歪みを加えることなしに、フラットのままにすることはできないが、同時に、フィルムは、容易に裂けたり壊れたりし得る。さらに、装置がアクチュエータの高い性能を満たすように製造されることを保証するために、フィルムは、印刷、及びラミネート中に高レベルの歪みが加えられることを必要とする。予歪み保持し維持するフレームなしに、フィルムに印刷された電極模様は、印刷された模様が変形する機会が多くなり、印刷された模様のレジストレーションは、粗悪になる可能性が高い。フィルムが印刷操作中に変形するならば、フィルムは、電場応答性ポリマーアクチュエータでの使用に対して機能的でない状態にしてもよい。

この事項に対処するために、本発明な製造プロセスの実施形態は、電場応答性ポリマーフィルムに１軸方向の予歪みを加えることを有する。実験により、１軸方向の予歪みが、ある条件下で、均一な２軸方向の予め歪ませたフィルムのストローク性能に一致させることができるということが示された。

１軸方向の予歪みの大きさは、伸長後、２軸方向の予歪みと同じものである、厚さの累乗の指数によって規定できる。例えば、１軸方向の歪み（厚さ方向に６７％、ＸＹ方向に０％の歪み）、及び２軸方向の歪み（２方向において、３０％の歪み）は、同様のフィルムの厚さの範囲を有することができる。長い方の出力バーの方向は、１軸方向の予歪み方向に平行である。

ロールトゥーロールシステムにおける１軸方向の予歪みを達成するために、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、有孔ベルト３６０をウェブ（長手）方向のエラストマーフィルム９６の２つの縁を保持するために使用してもよい。横方向にフィルムを伸長させることによって１軸方向の歪みを加えてもよいが、ウェブ方向には、予歪みが、ゼロであるか、または小さい。横方向にフィルムを伸長させることによって１軸方向の歪みを加えてもよい。電場応答性ポリマーカートリッジの出力バーは、ウェブ方向に直交するように設計することができる。プロセスの１つの実施形態は、歪みの度合い及び方向を制御する間、ベルト及びフィルムを保持するために、穴開けローラ（またはスプロケットまたはピン供給のローラ）の使用を含む（図４Ｃ及び図４Ｄ参照。）。

ベルト３６０の横方向及び長手方向の位置は穴開けローラによって正確に制御できる。そのため、局在する歪みが不変となり、安定する。これにより、本明細書で説明されるようなマルチ印刷工程及び硬化工程を行うことができる。主歪みは、エラストマーフィルム９６の２つの長い縁の２つのベルト３６０間の距離によって規定される。

ベルト３６０は、エラストマーフィルムよりもはるかに硬い材料から構成してもよい。例えば、ベルト３６０は、２８００〜３１００ＭＰａのヤング率を有し、引張強度が５５〜７５ＭＰａであるポリエチレンテレフタレートを有することができる。反対に、シリコン（エラストマーフィルムの一般的な材料）は、１〜５ＭＰａのヤング率を有し、引張強度が５〜８ＭＰａである。したがって、ポリエチレンテレフタレートは、シリコンフィルムより約１０００倍硬い。

ローラ３６２によって張力を加えると、大部分の力は、フィルム９６よりもむしろポリエチレンテレフタレートのベルト３６０に加えられる。例えば、ウェブの５％の伸長を仮定すると、部分１がシリコンフィルムに加えられる間、（ポリエチレンテレフタレートが５０μｍの厚さで２５ｍｍの幅であり、シリコンフィルムが２５μｍの厚さであり、５００ｍｍの幅であると仮定して）これは、フィルムの歪みを制御するために、シリコンフィルムに直接張力ローラを使用する必要性を回避する。もし、張力ローラが使用されるならば、シリコンフィルムに加えられる張力のいかなる小さな変化も、制御することが難しいフィルム伸長の大きな変化につながるだろう。

ベルトが伸長可能な材料から構成されるか、または例えば穴開きラインによって分割されているならば、２軸方向の伸長は、有孔ベルトによって達成してもよい。そのため、ベルトの一部分は、穴開けローラまたはウェブの縁に沿ったガイドチェ−ンと係合したままとなる一方で、ウェブ方向に沿って伸長すると、分離できる。

図５Ａは、電場応答性ポリマー変換器を製造する際に有用な印刷プロセスの実施形態を示す。このプロセスは、変換器を大量に製造する際に特に有用である。図５Ａは、電場応答性ポリマーアクチュエータを大量に製造するためのスクリーン印刷プロセスで使用される形状を示す。この実施形態では、エラストマーフィルム９６は、フィルムの背面に取り付けられるライナー３４２を有するフレーム３４０に保持される。ライナー３４２は、スクリーン印刷プロセスの後、アルミニウムの真空工具３４４からフィルム９６の取り外しを支援する。ライナー３４２は、フィルム９６を安定化させる役割も果たし、印刷フィルム９６の寸法公差の制御を向上させる。ライナー３４２は効果的であるけれども、ライナーの使用は、製造プロセスの処理量を減少させる一方で、プロセス時間、セットアップ時間、及びコストを増加させるかもしれない。さらに、ライナーの取り付け及び取り外しによる電場応答性ポリマーフィルムの取扱いの増加は、フィルムへの損傷の機会を増加させ得る。さらに、ライナーが容易に取り外れないか、または空気または他の微粒子がフィルムとライナーとの間に捕捉されるならば、ライナーは、フィルムを損傷させ得る。

図５Ｂは、図５Ａに示したものと類似の、ライナーの必要性を排除する印刷形状の実施形態を示す。この実施形態では、電場応答性ポリマーフィルム９６は、フレームに固定されたままである。セットアップ(setup)は、フィルム９６を保持するために使用される真空開口３４６を有するベースプレート（例えば、アルミニウムまたは同様の材料から構成されている）を有する。図５Ｂに図示された実施形態は、設計上面３４８（例えば、パーチメント紙、スクリーンメッシュ、ポリマーシート、テクスチャ面、ノンスティック面、または同様の材料）を有する。加工された面３４８は、加工された面３４８が公差を保持する十分なタック（tack）特性を有するべきであり、スクリーンからの差の付いた取り外しを提供し、印刷プロセスの後、エラストマーフィルム９６を取り外す。印刷形状は、比較的柔らかく、しっかりし、印刷の深さ面を作る柔軟な中間層３５０を有していてもよい。柔軟な層３５０は、極めて高い結合の接着剤、ゴム、または他の同様の材料を有していてもよい。図示するように、印刷工具形状は、印刷中、フィルム９６を適所に保持することを支援し、（真空力の停止によって）容易に取り外すための真空アパーチャ３４６を有していてもよい。

図５Ｃは、フィルム９６のスクリーン印刷に使用される工具形状の別の実施形態を示す。この実施形態では、フィルム９６は、図５Ａ及び図５Ｂで説明された加工された面またはライナーのようないかなるタイプの層も使用することなしに、発泡シート３５２のような変形可能な層に直接接触する。変形可能な層は、柔らかい工具の効果を提供し、エチレン酢酸ビニル発泡体のような材料を有していてもよい。ある例では、変形可能な層は、２ｍｍの厚さ、及び硬度（ａ７５＋／−５ショア００硬度）を有するエチレン酢酸ビニルフィルムを備える。シリコン及びポリウレタンのような他の柔らかい材料を使用してもよい。変形可能な層は、フィルムからの取り外し特性を支援するために、テクスチャード加工面（textured surface）、または処理面を有していてもよい。他の実施形態と同様に、発泡層３５２は、発泡体にフィルム９６を固定するのを助け、真空力が停止するとフィルムを取り外す複数の真空穴を有する。いくつかの開口したセルの発泡体を有する場合、真空穴を必要としなくてもよい。

上述の図５Ｃに記載された柔らかい工具は、製造プロセスを支援する模様を形成できるようにすることによって、追加の利益を提供する。例えば、図６に示すように、発泡層は、デザインの特徴に関連する模様３５６、すなわちエラストマーフィルムに印刷される部分を作るためにエッチング処理を行ってもよい。図６に示す図面は、電場応答性ポリマー装置上にバスバーを作ることを支援する模様３５６に関する。改造された工具３５４が（図６に示していない）フィルムに接触するとき、柔らかい工具の圧迫により、模様３５６の深さ及び／または大きさに基づいて差の付いた圧力領域を生じさせることができる。例えば、図示された改造された柔らかい工具３５４において、模様３５６を含む領域は、連続領域３５８よりも低い圧力の領域を作り出す。したがって、スクリーン印刷中、低い圧力領域により、残りの印刷された電極と比較して、印刷厚さがより大きくなる。ある工程における多重の厚さ印刷を実行する能力により、連続的な印刷工程を必要とすることと比較して処理量を向上させる可能性がある。

効率を向上させることの他には、厚さを変える領域を作る能力により、装置性能を向上させる。例えば、ある例では、改造された柔らかい工具による厚いバスバーの印刷により、バスバーの抵抗は、改造されていない柔らかい工具によって製造されたバスバーの抵抗よりも４倍低くなる。一般に、模様の深さは、初期のプリント圧力、工具の硬さ、インクの粘性に基づいて計算される。ある例では、電極インクは、１．７ｍｍのエチレン酢酸ビニル発泡体に対して、１５０〜２００μｍの範囲の模様の深さが与えられる。

上で説明されたいかなる工具の形状も、メンテナンス、サービス性を向上させるか、または性能を向上させる追加の材料を任意に有することができる。前記材料の例は、コーティング、接着剤、取り外し剤（release agent）等を含むが、これらに限定されない。これらの工具形状は、導電性電極インク以外のインクを印刷するために使用でき、電場応答性ポリマー変換器に使用される基部以外の変形可能な基部上に印刷するために使用してもよい。

本発明の別の実施形態では、大きな歪みのサイクル下でシート抵抗の余分の安定性を示す線維状（ネット）の微細構造が提供される。電場応答性ポリマー構造は、誘電性ポリマーフィルム、及び２つの柔軟な電極を有する。電極に電圧が印加されると、フィルムは、領域において、縮小し、拡大する。スクリーン印刷よりもむしろフレキソ印刷により、図７Ｂに示すように、線維状（すなわちネット）の微細構造を作ることができる。スクリーン印刷によって形成される（図７Ａに示す）四角い模様の微細構造と、表１とフレキソ印刷の結果生じるこのネット状の微細構造とを比較することは、シート抵抗の不変性において、２つのプロセスで同一の誘電性ポリマーフィルムとカーボンインクを用いて、大きな改善を表す。

好ましいフレキソ印刷層は、リップストップ／電極／バスバー／接着剤／圧力感知接着剤である。前記堅固な構造を作り上げるために、電極の導電率は、サイクルする歪みの下で不変であり続けるべきである。シート抵抗は、スクリーン印刷の場合と同様に、フレキソ印刷工具による製造によって、２５ｋから１２５ｋまで変更できる。不変性は、良好に制御することができる。

代案として、同様のネット構造は、インクの表面張力の制御、誘電性フィルムの適切な機械的な予張力の生成、またはインクジェット／エアロゾル／ジェット／カーテン／スロット／ワイヤコーティングのような他の印刷プロセスの利点を取ることによって形成してもよい。ローラの模様は、セルの模様、または異なる角度のライン（カーブ）模様の可能性を有する設計要因でもある。線維状構造の密度を制御することにより、電極としての低導電性インクの追加のコーティングによって、または低導電性インクの追加のコーティングなしに、１つの導電性材料を電荷の分配に使用できる。

本発明の線維状微細構造は、ある印刷プロセス、材料の表面張力を制御することから特定の印刷プロセス、またはウェッティング（wetting）／デウェッティング（dewetting）模様によって電極またはバスラインとして使用するために作り上げてもよい。複雑なマスクまたはテンプレートは、前記ネット模様を作るために必要としなくてもよい。

図８〜１０は、伸長したシリコンフィルムを挟んだ開口した予め切断された模様を有する柔軟なウェブフレームの使用、多層を印刷するための基部のロード、及び最終のラミネートの本発明の概念を示す。基部は、連続的にロードするか、またはステップで繰り返すやり方で前進させてもよい。図８に示すように、ウェブフレーム８２は、ウェブが動いている間、変形のない形状で予め歪ませたシリコンフィルム８６を保持する。ウェブフレーム８２は、硬いアルミニウムフレームと同様である。しかし、ウェブフレームは、Ｚ方向に柔軟性を有して連続しているため、ロール８８によって駆動することができる。シリコンフィルム８６の上面８１、及び底面８２に２セットのウェブフレーム８１，８２が存在する。表面張力、ブロック力、磁気力（永久または電子駆動））、または機械的なインターロックは、ウェブフレーム８１，８２間のシリコンフィルムを挟むために使用してもよい。ウェブフレームホルダ材料は、ウェブとして動かすためのＺ方向の柔軟性、及びフィルムを保持するためのＸ−Ｙ方向の剛性を許容する複合材料としての、ゴムがコートされた金属箔を有していてもよい。装置単体化の後のシリコンフィルムの破片を、別のサイクルを開始する前に容易に除去できるように、ラミネートが終了した後、ゴムすなわちコーティング面は、シリコンフィルムから取り外せるように設計してもよい。

図９に示すように、いくつかの印刷ステーション９２，９４は、ウェブ９０に順番に並べてもよい。ラミネートモジュール１９６は、ウェブの最後の工程に存在する。ウェブフレームの予め切断した開口窓を通して、シリコンフィルムにインクを塗布する印刷ステーション９２が存在する。印刷方向は、空間を節約するためにウェブ移動方向に直交していてもよい。その場合、ラインを短くできる。印刷ステーション間に（図示されていない）硬化ステーションまたは乾燥ステーションを存在させることができる。時間を節約するか、またはウェブ通路の長さを短くするために、フィルムが後の印刷ステーションに移動する前に、インクをただ乾燥させるだけか、または十分に硬化させる代わりに部分的に硬化させてもよい。

接着印刷９４の後、直交方向にも配置できるラミネートステーション１９６が存在する。ロータリーダイの切断ステーション（図示せず）は、ロールにフレーム層の模様を形成するために使用してもよい。予め切断したフレームの模様は、ラミネートに対して準備された状態となるように、片面または両面に圧力感知接着剤を有していてもよい。

４層の電場応答性ポリマー変換器用のラミネートプロセスに対するプロセスフローの例は、以下の通りである。
１．予め切断されたフレーム層は、フレーム上面層としてラミネートステーションに移送される。
２．ウェブフレームホルダ上の接着剤を有する層４は、ラミネートステーションに移送され、圧力／熱が加えられ、ウェブフレームホルダは除去される。
３．工程２は、層３，層２，層１の順番に繰り返される。
４．予め切断されたフレーム底面層は、積み重ねたものに対してラミネートされる。
フレーム層は、ロータリーダイカッターで予め切断してもよい。各々新しい層が前の層にしっかりと接着するように、ラミネートステーションは、接着性の中間層を予め硬化させるために、加熱機能を有していてもよい。ラミネート後、カートリッジを積み重ねたもののシート全体は、最終的な完全硬化及びダイカッターによる単体化のために硬化ステーションに移送することができる。

層は、電極及びバスバーの異なる模様を有していてもよい。これは、余分な印刷工程を導入することなく成すことができる。これをする１つの方法は、例えば、スクリーンの左半分に電極／バス左を形成し、層の右半分に電極／バス右を形成することである。他の多くの組み合わせにより、単一の連続ウェブにこれを作ることを想定してもよい。

図１０に示すように、ある実施形態では、ラインのレイアウトは以下の通りである。
伸長させること→挟むこと→印刷すること→ラミネートすること

挟まれたフレーム−フィルム−フレーム上のウェブの動きは、図示されるよりも複雑にしてもよい。例えば、フィルムの両面にスクリーン印刷またはフレキソ印刷により印刷できるように、ウェブを反転させる手段を有することができる。エアロゾル噴射のような非接触印刷が成されるならば、ウェブのデザインを簡素化するために両面を同時に印刷するようにしてもよい。

本発明の他の詳細に関しては、材料および構造に関連した代替物は、当業者の技術水準の範囲内で用いることができる。この材料および代替の関連した構造は、一般的に、あるいは、論理的に使用されるような追加行為に関して、本発明の方法ベースの実施形態についても同じことが当てはまる。さらに、本発明は、いくつかの実施形態、任意の様々な特性の組み込みに関して記載されているが、本発明の実施形態の各々に関して予定されているように記載され、または示されているものに限定されることはない。記載された発明に対して様々な変化を作り出すこともできるし、本発明の真の精神および範囲から離れることなく、均等物（ここに列挙されたものであれ、簡潔化のために含まれないものであれ）を代用することもできる。示されているあらゆる独立した部分またはサブアセンブリが、その設計において一体化され得る。このような変更等は、アセンブリに対する設計の原則によって行われ、あるいは、導かれ得る。

記載された本発明の実施形態のどんな任意の特性でも、単独で、あるいは、本明細書に記載されている１以上のどんな特性とでも組み合わせて、説明し、主張することができる。単数の事項への言及は、複数の同じ事項が存在する可能性を含む。より具体的に言うと、本明細書および添付の請求項では、単数形「ａ」、「an」、「said」、「the」は、複数でないことが明確に記載されていない限り、複数のものを含む。言い換えれば、上記説明および後述の請求項において、上記冠詞の使用は、当該事項の「少なくとも１つ」という文言を考慮に入れる。いかなる任意の構成要素をも排除するように、請求項を起草できる。そのため、請求項の構成要素の列挙に関連して、「ただ（solely）」、「のみ（only）」等のような排他的用語を使用することによって、あるいは、「否定的な（negative）」限定を使用することによって、請求項からいかなる任意の構成要素をも排除することを意味している。上記排他的用語を使用せずに、請求項における「備える、含む、有する（comprising）」を用いる場合は、構成要素に与えられている番号が請求項に列挙されているかどうかに関係なくどんな追加構成要素の包含も可能にするものとする。あるいは、特性の追加が、請求項に説明されている構成要素の本質を変形するものとしてみなされ得る。その他定められたものとして、本明細書において特別に定められたものでない限り、本明細書で使用されている技術的および科学的用語は、請求項の効力を維持している間、可能な限り、一般に広義に理解される意味が与えられ得る。

１，２，３，４ 層
８ フレーム
１０ 変換器
１２ 電場応答性ポリマーカートリッジ
１４ 電場応答性アクチュエータ
１６ 電極１６
１８，２０ 導電ビア
２２，２４ リード線
２６ 電場応答性ポリマー変換器フィルム
３０ コネクタ
３２ 弾性電極
３４ 出力バー
５０ 慣性マス
５２ キャビティ
５６ 分離ケース
８１，８２ ウェブフレーム
８６ シリコンフィルム
８８ ロール
９０ ウェブ
９２，９４ 印刷ステーション
９６ 電場応答性ポリマーフィルム
１９６ ラミネートステーション
３００ ストックのフィルム材料
３０２ ローラ
３０４ 分離機構
３０８ リップストップ層
３１０ 電極印刷アセンブリ
３１４ 分離層
３１８ カートリッジフレーム
３２０ センターディスク
３３０ 取り外しライナー
３４０ フレーム
３４２ ライナー
３４４ 真空工具
３４６ 真空開口
３４８ 加工された面
３５０ 中間層
３５２ 発泡シート
３５４ 柔らかい工具
３５６ 模様
３５８ 連続領域
３６０ 有孔ベルト
３６２ ローラ

Claims (20)

1. 変形可能なポリマー装置で使用する、模様を有する変形可能なポリマーフィルムを製造するプロセスであって、
   前記プロセスは、
   変形可能なフィルムとプロセス工具との間に中間層を配置し、
   前記変形可能なフィルムの第１面に少なくとも１つの電極を形成するために、インクを塗布することによって前記変形可能なフィルムに前記少なくとも１つの電極を印刷し、印刷プロセス後、前記中間層により、前記プロセス工具から前記変形可能なフィルムの取り外しができるようにする
   ことを特徴とする変形可能なポリマー装置で使用する、模様を有する変形可能なポリマーフィルムを製造するプロセス。
2. 前記インクは、スクリーン印刷、パッド印刷、グラビア印刷、インクジェット印刷、フレキソ印刷、及びエアロゾルジェット印刷からなるグループから選択された１つによって塗布されることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
3. 前記中間層は、加工された面、除去可能なライナー、柔軟な層、及び変形可能な層からなるグループから選択された少なくとも１つの層を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のプロセス。
4. 前記加工された面は、パーチメント紙、テクスチャ面、ノンスティック面、スクリーンメッシュ、及びポリマーシートからなるグループから選択された１つの面であることを特徴とする請求項３に記載のプロセス。
5. 前記変形可能な層は、発泡材料を備えることを特徴とする請求項３に記載のプロセス。
6. 前記変形可能な層は、複数のキャビティを備え、
   前記キャビティは、スクリーン印刷中の領域の圧力を変更できるようにし、前記プロセスは、予め歪ませた前記変形可能なフィルムの第１面で深さを変えてインクを塗布することをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のプロセス。
7. 前記変形可能なポリマーフィルムは電場応答性ポリマーフィルムを備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のプロセス。
8. エラストマー材料の供給部から前記エラストマー材料の変形可能なフィルムを前進させる工程と、
   前記エラストマー材料の供給と連続する予め歪ませた第１のフィルム部分を作るために、前記変形可能なフィルムを機械的に歪ませる工程と、
   前記予め歪ませた第１のフィルム部分が支持部分と非支持部分を有するように、前記予め歪ませた第１のフィルム部分を支持する工程と、
   前記予め歪ませた第１のフィルム部分の前記非支持部分の第１面に少なくとも１つの第１電極を作るためにインクを塗布する工程と、
   前記第１電極とは反対側の前記予め歪ませた第１のフィルム部分の前記非支持部分の第２側に少なくとも１つの第２電極を作るためにインクを塗布し、電場応答性ポリマーフィルムの少なくとも第１部分を完成させる少なくとも１つの対向する電極ペアを形成する工程と、
   電場応答性ポリマーフィルムの前記第１部分を集める工程と
   をさらに有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載のプロセス。
9. 前記変形可能なフィルムと連続する予め歪ませた第２のフィルム部分を作るために、前記変形可能なフィルムを機械的に歪ませる工程と、
   前記予め歪ませた第２のフィルム部分が支持部分と非支持部分を有するように、前記予め歪ませた第２のフィルム部分を支持する工程と、
   前記予め歪ませた第２のフィルム部分の前記非支持部分の第１面に少なくとも１つの第１電極を作るためにインクを塗布する工程と、
   電場応答性ポリマーフィルムの第２部分を集める工程と
   をさらに有する請求項８に記載のプロセス。
10. 前記電場応答性ポリマーフィルムの前記第１部分及び前記第２部分を積み重ねるか、またはラミネートする工程をさらに有する請求項９に記載のプロセス。
11. 出力バー、フレーム、または屈曲部からなるグループから選択された少なくとも１つの構造的構成要素を取り付ける工程をさらに有することを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか１項に記載のプロセス。
12. 前記エラストマー材料のフィルムは、前記フィルムの近くの縁と遠くの縁のそれぞれに第１及び第２のベルト部材を備え、
    各ベルト部材は、前記フィルムのヤング率よりもはるかに大きなヤング率を有する材料を備える
    ことを特徴とする請求項８に記載のプロセス。
13. 前記第１及び第２のベルト部材は、有孔ベルト部材を備え、穴開けローラは、前記フィルムを機械的に歪ませるために使用されることを特徴とする請求項１２に記載のプロセス。
14. 前記エラストマー材料のフィルムは、前記前進するフィルムの移動方向に対する横方向、前記前進するフィルムの移動方向に対して平行な方向、横方向及び平行な方向に等しい方向、または横方向及び平行な方向を組み合わせた方向と異なる方向からなるグループから選択された方向に機械的に実質的に歪まされていることを特徴とする請求項８に記載のプロセス。
15. 前記フィルムは、ステップで前進することを特徴とする請求項８に記載のプロセス。
16. 前記電場応答性ポリマーフィルムの前記第１部分を集める工程は、前記電場応答性ポリマーフィルムのロールを形成するために、複数の部分の前記電場応答性ポリマーフィルムを巻くことを有することを特徴とする請求項８に記載のプロセス。
17. 少なくとも２ロールの電場応答性ポリマーフィルムをラミネートステーションに供給する工程と、
    多層になった電場応答性ポリマーアクチュエータ装置を組み立てるために、フレーム、出力バー、及び屈曲部からなるグループから選択された少なくとも１つを、前記電場応答性ポリマーフィルムの少なくとも第１層に取り付ける工程と
    をさらに有することを特徴とする請求項１６に記載のプロセス。
18. 前記予め歪ませた第１のフィルム部分を支持する工程は、前記予め歪ませた第１のフィルム部分に支持層を取り付ける工程を有することを特徴とする請求項８ないし１７のいずれか１項に記載のプロセス。
19. 前記予め歪ませた電場応答性ポリマーは、１００ＭＰａ以下の弾性係数を有することを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか１項に記載のプロセス。
20. 前記ポリマーは、シリコン、ポリウレタン、アクリレート、炭化水素ゴム、オレフィン共重合体、ポリビニリデンフルオライド共重合体、フルオロエラストマースチレン共重合体、及び接着性エラストマーからなるグループから選択されることを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか１項に記載のプロセス。

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