JP5140576B2 - 高性能電気活性ポリマトランスデューサ - Google Patents

Description

本発明の分野
本発明は、一般的に電気エネルギィを機械エネルギィに変換する、及び機械エネルギィを電気エネルギィに変換する電気活性ポリマ構造に関する。より具体的には、本発明は、予変形ポリマアクチュエータ及びトランスデューサ用のフレーム及びウェブ構成に関する。

背景
今日用いられている莫大な種類のデバイスは、電気エネルギィを機械エネルギィに変換する一の種類又は別の種類のアクチュエータに依存している。このアクチュエータは、これらの製品に「命を与え」、製品を稼働させる。対して、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ィに変換することによって作動する。この態様を機械的エネルギィの獲得に用いると、同じタイプのアクチュエータが発電機と呼ばれる。同様に、この構造を用いて振動や圧力等の物理的刺激を測定目的で電気信号に変換すると、それはトランスデューサと呼ばれる。しかし、用語「トランスデューサ」は、あらゆるデバイスを総称して呼ぶのに用いられる。どのような名称であっても、電気活性ポリマを用いた新しいクラスの構成要素は、これらの機能を利用するように構成することができる。

特にアクチュエータと発電機の用途においては、多数の設計配慮が、トランスデューサに基づいた高度な電気活性ポリマ技術の選択と使用を助ける。これらの配慮には、ポテンシャル力、出力密度、電力変換／消費、サイズ、重量、費用、応答時間、負荷サイクル、サービス要件、環境インパクト等が挙げられる。ＳＲＩ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ及び実施権者であるＡｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｍｕｓｃｌｅ，Ｉｎｃ．社によって開発された電場応答人工筋肉（Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｍｕｓｃｌｅ）（ＥＰＡＭ（登録商標））技術は、他の可能な技術と比較してこれらの各カテゴリにおいて優れている。多くの用途で、ＥＰＡＭ（登録商標）技術は、圧電物質、形状記憶合金（ＳＭＡ）及びモータやソレノイド等の電磁気デバイスの理想的な代替物を提供している。

ＥＰＡＭ（登録商標）技術は、弾性誘電性ポリマによって分離された２つの薄いエラストマフィルム電極に電圧をかけることによって、アクチュエータとして作動する。電極に電圧差がかかると、逆に帯電した部材が互いに引き合ってその間のポリマに圧力が生じる。この圧力が電極を互いに引き寄せ、誘電性ポリマフィルムは、平面方向に拡張しながら（ポリマフィルムのｘ及びｙ軸が大きくなる）より薄くなる（ｚ軸成分が小さくなる）。別の要因が、ポリマフィルムの薄層化と拡張を促進する。各エラストマフィルム電極に分配された同様の（同じ）電荷によって、フィルム内に埋め込まれた導電粒子が互いに反発して、弾性電極と誘電性の付着したポリマフィルムを拡張する。

Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｍｕｓｃｌｅ，Ｉｎｃ．社は、この「形状シフト」技術を用いて、非常に様々な工業、医学、民生、及び電子の応用分野において使用する一群の新しい固体デバイスを開発している。現在の製品アーキテクチャとしては：アクチュエータ、モータ、トランスデューサ／センサ、ポンプ、及び発電器が挙げられる。アクチュエータは、上記の動作によって動作可能である。発電器及びセンサは、材料が物理的に変形したときに、静電容量を変化させることによって動作可能である。

Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｍｕｓｃｌｅ，Ｉｎｃ．社は、既存のデバイスを置き換える構成単位として用いることができる基礎的な「ターンキィ」型デバイスを多数導入した。各デバイスは、支持構造又はフレーム構造を用いて、誘電性ポリマを予変形する。この予変形が、ポリマの誘電性を増強することが分かった。これによって、より高い電場電位が可能になり、電気的エネルギィと機械的エネルギィ間の変換を改良する。

これらのアクチュエータのうち、「つる巻きバネ」型の線形アクチュエータは、つる巻きバネの周りにＥＰＡＭ（登録商標）材料層を巻き付けることによって製造する。ＥＰＡＭ（登録商標）材料は、バネの両端でキャップ／カバーに連結されており、その位置に固定される。バネの本体は、ＥＰＡＭ（登録商標）上で半径方向又は円周方向の予変形を支持しており、一方で縦方向のバネの圧縮が、軸方向の予変形を提供している。電圧を印加すると、フィルムが厚さ方向に圧縮され、縦方向へ弛緩して、バネ（従って、デバイス全体）が拡張する。電極を形成して、円周上に２つ又はそれ以上の個別にアドレスされる部分を作成することによって、この一部を電気的に活性化させ、このバネを伸長させて、構造全体が曲げられてこの側から離れるようにする。

屈曲ビームアクチュエータは、引き延ばした一又はそれ以上のＥＰＡＭ（登録商標）材料層をビームの面に沿って固定することによって形成される。電圧をかけると、ＥＰＡＭ（登録商標）材料が、厚さ方向に収縮し、長さ方向に成長する。一方の側に沿った長さ方向におけるビームの成長により、ビームが活性化した層から離れて曲がる。

誘電性エラストマフィルム対（又は上記の「つる巻きバネ」等の完全なアクチュエータパッケージ）は、「プッシュ−プル」構成にすることができる。一のアクチュエータから別のアクチュエータへ電圧を切り換えることで、アッセンブリの位置が前後に移動する。システムの対向する側を活性化させることによって、アッセンブリが中性点で固定する。このように構成することで、このアクチュエータは、ヒトの腕の動きを制御する対向する二頭筋及び三頭筋のように動作する。プッシュ−プル構造が、平面フレーム、又は一又はそれ以上の対向するつる巻きバネ等に固定したフィルム部分を具えているかどうかに関わらず、ＥＰＡＭ（登録商標）の一構造は、他に対するバイアス部材として用いることができ、その逆も可能である。

別のクラスのデバイスは、閉リンケージ構造又はバネ−ヒンジフレーム構造中の一又はそれ以上のフィルム部分に位置している。リンケージフレームを用いる場合は、一般的に、ＥＰＡＭ（登録商標）フィルムの予変形にバイアスのかかったバネが用いられる。バネ−ヒンジ構造は、本質的に必要なバイアスを含んでいる。いずれの場合でも、電圧の印加により、フレーム又はリンケージ構成が変わり、これによって、所望の機械的出力を提供する。

隔壁アクチュエータは、硬質フレームの開口の上にＥＰＡＭ（登録商標）フィルムを張ることによって作られる。公知の隔壁アクチュエータの例は、バネによって、バネとＥＰＡＭ（登録商標）の間の中間ロッド又はプランジャセットによって、弾力のある発泡体によって、又は空気圧によってバイアスされる（即ち、内／外又は上／下に押される）。バイアスによって、単にしわになるのではなく、電極が活性化する／厚さが収縮する時に、隔壁がバイアス方向に確実に移動する。隔壁アクチュエータは、体積を変位させることができ、ポンプ又は拡声器等に好適な使用することができる。

より複雑なアクチュエータを構築することも可能である。「尺取り虫（Ｉｎｃｈ−ｗｏｒｍ）」型及び回転出力型デバイスがその例である。その他のデバイスと同様に、上記で参照したデバイスに関して更なる記載及び詳細を、次の特許公報及び／又は特許出願公開公報に見ることができる：
第６，８１２，６２４号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ
第６，８０９，４６２号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｓｅｎｓｏｒｓ
第６，８０６，６２１号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｒｏｔａｒｙ ｍｏｔｏｒｓ
第６，７８１，２８４号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ａｎｄ ａｃｔｕａｔｏｒｓ
第６，７６８，２４６号 Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｌｙ ｐｏｗｅｒｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ
第６，７０７，２３６号 Ｎｏｎ−ｃｏｎｔａｃｔ ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ
第６，６６４，７１８号 Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ
第６，６２８，０４０号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ
第６，５８６，８５９号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ａｎｉｍａｔｅｄ ｄｅｖｉｃｅｓ
第６，５８３，５３３号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ
第６，５４５，３８４号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｅｖｉｃｅｓ
第６，５４３，１１０号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ
第６，３７６，９７１号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ
第６，３４３，１２９号 Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｉｌｍ ｓｏｎｉｃ ａｃｔｕａｔｏｒ
第２００４０２１７６７１号 Ｒｏｌｌｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ
第２００４０２６３０２８号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ
第２００４０２３２８０７号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ａｎｄ ａｃｔｕａｔｏｒｓ
第２００４０２１７６７１号 Ｒｏｌｌｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ
第２００４０１２４７３８号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ
第２００４００４６７３９号 Ｐｌｉａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ
第２００４０００８８５３号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ ｍｏｖｉｎｇ ｆｌｕｉｄ
第２００３０２１４１９９号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｆｌｏｗ
第２００３０１４１７８７号 Ｎｏｎ−ｃｏｎｔａｃｔ ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ
第２００３００６７２４５号 Ｍａｓｔｅｒ／ｓｌａｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ
第２００３０００６６６９号 Ｒｏｌｌｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ
第２００２０１８５９３７号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｒｏｔａｒｙ ｍｏｔｏｒｓ
第２００２０１７５５９８号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｒｏｔａｒｙ ｃｌｕｔｃｈ ｍｏｔｏｒｓ
第２００２０１７５５９４号 Ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ
第２００２０１３０６７３号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｓｅｎｓｏｒｓ
第２００２００５０７６９号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ
第２００２０００８４４５号 Ｅｎｅｒｇｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｅｖｉｃｅｓ
第２００２０１２２５６１号 Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｉｌｍ ｓｏｎｉｃ ａｃｔｕａｔｏｒ
第２００１００３６７９０号 Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ａｎｉｍａｔｅｄ ｄｅｖｉｃｅｓ
第２００１００２６１６５号 Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ
これらの各公報は、本明細書に記載された本発明の態様に関連する又はこの態様と組み合わせて用いることができる基礎的技術及び特徴に関して、背景及び／又は更なる詳細を提供する目的で、その全体を参照してここに組み込まれている。

上記のデバイスは、ＥＰＡＭ（登録商標）技術を用いたトランスデューサの高く機能する例を提供しているが、より効率的なＥＰＡＭ（登録商標）トランスデューサを開発することへの関心が継続している。本発明によるトランスデューサによって提供される効率の上昇は、予変形の改善、駆動される／駆動する構成要素とのインターフェイス、出力、製造可能性等に見られる。適用可能な利点は、当業者には明白である。

本発明の概要
本発明は、本件の譲受人（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｍｕｓｃｌｅ，Ｉｎｃ．社）によって提供される「ターン−キィ（ｔｕｒｎ−ｋｅｙ）」ツールラインを増やすＥＰＡＭ（登録商標）トランスデューサ設計を多数提供している。この設計は全て、所望の構成のエラストマフィルム電極と誘電体ポリマの予変形に用いるフレーム又は固定要素の必要条件を共有している。

いくつかの実施例は、プッシュ−プルサブアッセンブリを具えている。本発明の態様は、様々なタイプのアクチュエータを結合させる複合フレーム構造を組み込むことができる。本発明の別の態様は、面内及び／又は面外入力／出力用の二者択一のプッシュ−プルアクチュエータ構造を有するフレーム構造を具える。本発明の更なる他の態様は、より強固で、及び／又は容易に製造されるアクチュエータ構造を製造する方向に向いている。これに関しては、構造体の頂部にキャップを具える錘台形隔壁アクチュエータが製造される。このキャップはソリッドディスクであり、環状又はその他形状に構成されていてもよい。キャップは、対向する錘台間、及び／又はバネ等の機械的予変形を与える要素に対して安定したインターフェイスを提供する。また、本発明には主題であるトランスデューサ構造の有利な用途が含まれる。

このような用途の１つはポンプ用である。このポンプには、片面錘台アクチュエータ又は両面錘台アクチュエータ設計を用いることができる。前者の場合には、錘台キャップは、この構造を機械的にバイアスする安定面を提供する。このような構造は、非常に強固であると同時に小型である。両面錘台設計は、追加の予変形源を必要としない。更に、両面錘台設計は二重動作ポンプとして機能するように構成することができる。加えて、直列に配置した２つのアクチュエータの使用により、１回の動作を２回にする能力を提供する。その他の直列のアクチュエータ配置も、本発明は意図している。

もう１つの用途は、錘台型アクチュエータによってレンズ位置を操作するカメラ用である。ここでも、片面又は両面錘台設計のどちらを用いてもよい。両面錘台のアプローチは、一方の面を位置検出と予変形に、他方の面を作動用に用いることが望ましい。もう１つのカメラの用途は複合フレームを使用しており、ここでは、錘台型アクチュエータがレンズの位置を制御しており、一又はそれ以上の平面アクチュエータ部分がズームを制御している。

主題であるトランスデューサのその他の潜在的用途としては、バルブ、又はバルブ制御部品、スピーカ隔壁、多軸位置センサ／ジョイスティック、振動器、触覚又は力フィードバック制御デバイス、多軸アクチュエータ等が挙げられる。

「錘台」は、技術的には、２つの平行な平面間にある幾何学的な立体の一部である。錘台は、多くの場合、頂部を平面で切断することによって形成される円錐又は角錐の底部と考えられ、一般的には底面と平行である。必然的に、本発明による錘台型アクチュエータは、切頭円錐の形状であってもよく、これによって、環状横断面を有する、或いは、様々な断面構造を用いてもよい。

その用途によって、所望の代替断面形状に、三角形、四角形、五角形、六角形等が挙げられる。多くの場合、材料性能の一致という点から、対称形状をした部材が望ましい。しかし、卵形、長方形、正方形又はその他の形状が、所定の用途−特に空間が閉じこめられているものにはよいことが分かっている。この主題である「錘台」トランスデューサの更なる変形は、その形状の頂部及び／又は底部が平坦又は平面である必要がなく、これらが平行である必要もない。最も一般的な意味では、本発明で用いられているこの「錘台」形状は、切頂された又は端部にキャップされた本体の体積と考えることができる。多くの場合、この端部は、より小さい直径又はより小さい断面積を有する。

記載されている様々なデバイスは、本明細書に記載されている特定のアクチュエータによって、又はその他のアクチュエータによって、駆動される。更に、全部のデバイスが、その設計に隔壁を組み込んでいる。有利なことには、このアクチュエータキャップとデバイス隔壁は同じものの中にあり、これによって、サブアッセンブリを構成する。

本発明の詳細な説明
本発明の様々な例示の実施例を以下に述べる。最初に、多数のアクチュエータ／トランスデューサの実施例が記載されている。次に、このようなデバイスを選択的に組み込むシステムが記載されている。最後に、製造技術と、及び適用可能な使用方法、及びキットが記載されており、続いて考え得る変形例が記載されている。これらの例は非限定的意味で参照される。これらは、本発明のより広く適切な態様を示すために提供されている。

トランスデューサ
図１Ａ及び１Ｂは、ＥＰＡＭ（登録商標）層１０の対向する面を示す。この層は、弾性薄膜電極間に挟まれた誘電ポリマを具える。図１Ａは、「熱」電極１２及び１４でパターン化した層の面を示す。各電極は、リード１６に接続されている。図１Ｂは、単一リード１６に接続した共通「接地」電極１８でパターン化した層１０の反対側の面を示す。

図２に示すように、多重フィルム層１０は積層されており、フレーム片２０内で拡張状態で保持されている。多数の個別のＥＰＡＭ（登録商標）層１０を有利に積層して、複合層１０’を形成する。そうすることによって、このシステムの潜在的な力を増幅する。積層する層の数は、２から１０の範囲、又はそれ以上であってもよい。一般的に、偶数層を積層して、接地電極がいずれかの露出面に向くようにし、最大の安全性を提供するようにすることが望ましい。いずれの場合も、ＥＰＡＭ（登録商標）層、又は複数のＥＰＡＭ（登録商標）層を総称して、ＥＰＡＭ（登録商標）「フィルム」と呼ぶ。

１又はそれ以上の材料層をフレーム内に固定して、複合トランスデューサメカニズムの構築にこのフレームを用いることができる。図３は、この技術分野で知られているこのような構造の１つを示す。ここでは、個々のカートリッジ部分２２が、二次フレーム又は本体フレーム部分２４に固定されている。フィルムフレームと中間のフレーム部材を接合して、連結した（即ち、図に示されているように留め具で結合する、互いに接着する、その他）フレーム構造２６を提供する。スペーサ２８は、ガイドホール３２を通ってフレームで受ける入力／出力ロッド３０のインターフェイスを提供する。このスペーサは、スペーサと接着した、又はＥＰＡＭ（登録商標）フィルムをスペーサで固定した相補的取付具３４を介してフィルムに取り付ける。

図３に従って構成されたデバイスを作動させるために、電極１２又は１４のどちらか一方に電圧を印加する。一方の側に電圧をかけることによって、その側面は拡張するが、他方の側面はその予変形と収縮が緩む。その他の作動モードは、上に記載されている。

本発明による第１のデバイスは、同様に構成して動作させることができる。図４Ａ及び４Ｂは、本発明に係るトランスデューサ４０のアッセンブリと斜視図である。このトランスデューサは、平面作動（図３に示すデバイスのように）及び面外作動を交互に構成することができる。前図を参照して述べたデバイスと同様に、フレーム２０は、外側に向いている接地電極を有する層１０／１０’を担持している。

また、個々のカートリッジ部分２２は、第２のフレーム２４と、これらの間のスペーサ２６に積層され、このスペーサは、フレームで受けている入力／出力ロッド２８に対するインターフェイスを提供している。しかし、この構成におけるスペーサ２６は、ほぼ正方形のキャップ４２エレメントに取り付けることができる。より対称であるインターフェイス部分は、以下で説明するように、利点を提供する。図４Ｂは、組み立てたデバイスを示す。ここでは、フレーム２６は、完全なユニットとして示されている。

デバイスの動作に関して、図５に基本回路図を示す。ここで、接地に対して回路のＡ側及びＢ側に電力が供給されており、フレームに対してＸ軸に沿ってロッド３０を前後に動かす。

更に、代替の構成では、同じＥＰＡＭ（登録商標）層カートリッジを用いて、面外又はＺ軸入力／出力に適合したトランスデューサを作ることができる。図６Ａ及び６Ｂは、このようなデバイスを示す。ここで、トランスデューサ５０アッセンブリに、より厚い本体フレーム２４’を用いてもよい。このようなフレームを用いることによって、及びスペーサを省略することによって、キャップ４２を互いに固定したときに、これらのキャップが、互いに内側又は外側に向いた深い凹形状５２を形成する。単純にＺ軸に動くようにトランスデューサを作動させるためには、電圧をかけることによって一方の凹形／錘台側を拡張させ、他方の側を緩める。このような動作により、一方のキャビティ５２の深さが増す一方で、他方のキャビティの深さは減る。最も単純な場合では、この動きが、キャップの面に対してほぼ垂直である。

図７Ａ乃至７Ｃは、これらの凹形／凸形又は錘台形状のアクチュエータが単純な２次元モデルで機能する方法を模式的に示す図である。図７Ａは、トランスデューサの錘台形状の導出を示す。上から見たとき、又は、側面から見たとき、円錐、四角形、卵形であるかどうかに関わらず、切頭形６０は、この構造の頂部（又は底部）をキャップして従来の隔壁アクチュエータ構成を修正することによって提供される。張力を受けると、キャップ４２が、ＥＰＡＭ（登録商標）層／複数のＥＰＡＭ（登録商標）層１０／１０’が取る形を変える。点荷重でフィルムを拡張する例では、フィルムは、（三角形の頂部６２を破線で規定して示すように）円錐形状を取る。しかし、キャップをしたり、より硬い頂部構造を形成するように変形した場合は、この形状は、図７Ａに実線６４で示すように、錘台形になる。

この構造をこのように修正することで、その性能が基本的に変わる。一つには、構造体６６の中央に集中するであろう力が、それに代えて本体の周辺６８の周りに分散される。この力の分散を有効に行うために、キャップがＥＰＡＭ（登録商標）層に固定されている。接着剤を用いてもよい。代替として、構成部品を熱的接着、摩擦溶接、超音波溶接等の実行可能な技術を用いて接合してもよく、さもなければ、構成部品を互いに機械的に固定するか、又はクランプしてもよい。更に、このキャッピング構造が、加硫等のある種の熱的、機械的、又は化学的技術によって実質的により硬くしたフィルムの一部を具えていてもよい。

一般的に、このキャップ部分は、材料にかかる応力を適切に分散させるように外周が十分な長さとなるようなサイズにする。ＥＰＡＭ（登録商標）層を保持するフレームの直径に対するキャップのサイズの割合は、変更することができる。明らかに、このキャップに用いられるディスク、正方形等のサイズは、より大きい応力／力の下ではより大きくなる。この構造の相対的な切頭部（点加重の円錐、圧力でバイアスしたドーム等と比較して）は、トランスデューサがトランスデューサが使用中に占める総体積又は総スペースをＥＰＡＭ（登録商標）層に対する所定の予拡張量分低減するために更に重要である。更に、錘台型隔壁アクチュエータにおいては、このキャップ又は隔壁４２エレメントは、能動部品（所定のシステムにおける弁座等）としての機能を果たす。

正しい場所に形成された、或いは設置されたより硬い部分、又は実質的なキャップ部分によって、フレームに収容されているＥＰＡＭ（登録商標）材が、このキャップに対して垂直方向に拡張すると（図４Ａ／４Ｂ及び６Ａ／６Ｂに示すＥＰＡＭ／フレーム構成を比較することによって分かるように）、切頭構造ができる。さもなければ、ＥＰＡＭ（登録商標）フィルムは、ほぼ平坦面又は平面を維持する。

図７Ａに戻ると、キャップ４２が安定した頂部／底面を規定しており、この構造のＥＰＡＭ（登録商標）ポリマを取り付けた面がある角度を成している。作動していない場合に、ＥＰＡＭ（登録商標）がセットされている角度αは、１５度乃至約８５度の間の範囲にある。より典型的には、この角度は、約３０度から約６０度の範囲である。電圧がかけられて、ＥＰＡＭ（登録商標）材が圧縮されて、その平面次元で大きくなると、ほぼ同じ範囲に約５から約１５度足した第２の角度βになる。最適な角度は、アプリケーションの仕様に基づいて決まる。

片面が錘台のトランスデューサも、両面構造のものと同様に本発明が意図する範囲内にある。予変形のために、片面デバイスは、キャップとインターフェイスを取っているバネ（例えば、コイルバネ、定力バネ又はつる巻きバネ、板バネ等）、空圧又は液圧、磁気引力、重力（引力がこのシステムに予変形を与える）、又はこれら手段のあらゆる組み合わせ、又は他のものを用いている。

両面が錘台のトランスデューサにおいては、通常、一方の面が他方の面に予変形を与えている。更に、このようなデバイスは、追加のバイアスの特性／部材を具えていてもよい。図７Ｂは、基本的な「二重錘台」構造７０１を示す。ここで、ＥＰＡＭ（登録商標）材の対向する層、又はＥＰＡＭ（登録商標）フィルムの一方の面と基礎弾性ポリマの一方の面は、インターフェイス７２に沿って、張力がかかった状態で互いに保持されている。インターフェイスは、多くの場合、一又はそれ以上の硬質又は半硬質キャップエレメント４２を具える。しかし、このインターフェイス面で２層のポリマを互いに接着することによって、材料の結合領域が、単独で、最も基本的な態様で比較的硬い又は可撓性の低いキャップ領域を提供し、トランスデューサの安定したインターフェイス部分を提供する。

しかしながら、組み立てると、二重錘台トランスデューサは、図７Ｂのように動作する。一方のフィルム面７４にエネルギィを加えると、このフィルム面は弛緩してより小さい力で引っ張り、バイアス面７４に蓄えられた弾性エネルギィを放出し、力とストロークによって仕事をする。このような動きは、図７Ｂに破線で示されている。両方のフィルムエレメントが、ＥＰＡＭ（登録商標）フィルムを具える場合、このアクチュエータは、二重矢印８０によって示すように、ニュートラル・ポジションに対して、内／外、又は上／下に動くことができる（図７Ａ及び７Ｂにそれぞれ実線によって示す）。

動作面７４／７６が一方に設けられているだけの場合、強制的な運きは、ニュートラル・ポジション８２の一方の面に制限される。この場合に、デバイスの非動作面は、単純に弾性ポリマを具え予変形／バイアス（上記の通り）を提供するか、或いは、静電容量の変化のみを電気的に感知するように、又は再生能においてデバイスの動作又は振動入力を回収する発電機として動作するように接続されているＥＰＡＭ（登録商標）材を提供することができる。

本発明によるトランスデューサについての更なる選択的変形例は、多角／多軸検出又は作動の提供を含む。図８は、３つ（９２、９４、９６）の独立したアドレス可能なゾーン又は相を有する環状ＥＰＡＭ（登録商標）カートリッジ９０構成を示す。アクチュエータとして構成されている場合、異なる電圧を印加することでこの部分が様々に拡張して、キャップ４２がある角度に傾ける。このような多相デバイスは、制御方法に応じて変形と、多方向への傾斜を提供することができる。検出用に構成されている場合は、角偏向を引き起こすロッド又はその他の留め具又は取付具からキャップへの入力を、材料の静電容量の変化によって測定することができる。

図８に示すＥＰＡＭ（登録商標）部分は円形である。図９Ａは、円形錘台トランスデューサ１００の分解図を提供する。用いられている本体フレーム部材２４はソリッドであり、上記の図４Ａ乃至６Ｂに示されている組み合わせ又は交換可能な型のアクチュエータに用いられるものと類似している。しかし、図９Ａに示すデバイスは、（図８に示す多相構造を用いてもよいが）専用の隔壁型アクチュエータである。このようなアクチュエータの代替の構造が、図９Ｂに示されている。ここでは、一体型のフレームエレメント２４が、単純なフレームスペーサ２４”で置き換えられている。

図１０は、別の構成変形例を示す図であり、ここでは、トランスデューサが、両面錘台デバイス１００の各面に複数のカートリッジ層２２を具えている。個々のキャップ４２を集められている、又は互いに積み重ねられている。増加した厚さを収容するために、多重フレーム部分２４も、同様に互いに積み重ねられている。

各カートリッジ２２が複合ＥＰＡＭ（登録商標）層１０’を用いることができることを思い出されたい。いずれか一方、又は双方のアプローチを“共に”用いて、主題のデバイスの出力ポテンシャルを増やすことができる。代替的に、積み重ねたカートリッジ（デバイスの一方又は双方の面上に）少なくとも一のカートリッジ部材は、作動アクチュエータ制御又は動作確認を容易にする作動とは逆に検出用にセットアップすることができる。この制御に関して、ＰＩ又はＰＩＤコントローラ等のあらゆる型のフィードバックアプローチをこのシステムに用いて、アクチュエータの位置を非常に高確度及び／又は高精度に制御することができる。

図１１は、錘台型トランスデューサ１１０の選択的出力シャフトの構成を示す側断面図である。キャップ部品の両側のねじ式突起１１２は、機械的出力用の連結手段を提供している。この突起は、キャップに取り付けた別々のエレメントであってもよく、又はキャップに一体化して形成したものであってもよい。内側にねじ構造が示されているが、外側のねじ式シャフトを用いることができる。このような構成は、キャップを通り、典型的なジャム−ナット配置において、ナットで両側に固定された単一シャフトを具えていてもよい。その他の留め具又は連結オプションも可能である。

図１２は、代替のトランスデューサ１２０の構成を示す側断面図であり、これは、互いに外方を向いている２つの凹面構造を用いる代わりに、互いに向かい合った凹／錘台の２つの部分１２２を用いている。このフィルムに力を加えて形作るためのＥＰＡＭ（登録商標）層への予変形又はバイアスは、キャップ４２間のシム又はスペーサ１２４によって維持される。図に示すように、この空間は環状体を具える。このキャップも、その他のものと同様に、本発明のこの変形例においては、開口部を具えている。また、図１２に示す本発明の内側に向いている変形例は、個々のカートリッジ部分２２間の中間フレーム部材２４を必要としないことにも注目すべきである。実際、デバイスの各面上のＥＰＡＭ（登録商標）層は、互いに接触することができる。従って、設置空間が制限される状況では、本発明のこの変形例が有益である。また、このデバイス構造の更なる使用は、以下に議論されている。しかし、錘台型アクチュエータ用のその他のバイアスするアプローチについて先ず述べる。

特に、図１３は、コイルバネでバイアスした片面錘台トランスデューサ１３０の断面斜視図である。ここでは、キャップ４２と、フレーム（又はこのフレーム自身の一部）に連結されているバッフル壁１３４間にあるコイルバネ１３２が、ＥＰＡＭ（登録商標）構造をバイアスしている。図１４に示すトランスデューサ１４０では、板バネ１４２がトランスデューサのキャップ部分をバイアスしている。この板バネは、ボルト１４６、又はこのキャップの他方の側のボルトとナット（図示せず）間に取り付けられたスペーサによって突起１４４に取り付けられている。この板バネの端部はレール１４８によって案内される。図１５に示す別のトランスデューサの例１５０では、ＥＰＡＭ（登録商標）フィルムは、キャップ４２に取り付けた、又はキャップ４２に一体的に形成した単純な重り１５２によってバイアスすることができる。表示の目的で、上に傾いたデバイスが示されているが、通常はフラットであり、重りの重力の引きが、Ｚ軸に沿ってトランスデューサを対称的にバイアスさせる。

上記に基づいて、主題のトランスデューサの任意の数のパラメータを変えた、所定の用途に適合させるために変形できることは明らかである。非限定的なリストには：キャップ（ねじ式突起、スペーサ、シャフト、リング、ディスク等である）に連結した出力ファスナ又は連結手段；ＥＰＡＭ（登録商標）上の予変形量（大きさ、角度又は方向等）；フィルムの型（シリコーン、アクリル酸、ポリウレタン等）；フィルムの厚さ；活性層対非活性層；層の数；フィルムカートリッジの数；相の数；デバイス「面」の数及びデバイス面の方向；が含まれる。

システム
いずれかの主題のトランスデューサは、より複雑なアッセンブリに用いることができる。図１６に、ストローク増幅用に多数の錘台型トランスデューササブユニット１００を直列に積み重ねたトランスデューサの例１６０を示す。更に、内側を向いた二重錘台トランスデューサ１２０は、そのフレーム２０に取り付けることによって、第２の出力相を提供している。この部材の高さは、その内部空間（上記参照）によって安定しているが、そのフレームの位置は可動式であり、第２段階の出力又は入力を提供している。

基本的なストロークを増幅するために、中央ステージ１２０の代わりに、外側のトランスデューサ１００間に単純なスペーサを用いるようにしてもよい。ストロークを更に大きくするために、第１のスタックの上にこのようなスタックをもう１つセットするようにしてもよい。更に別の段階の動作を提供するために、内側を向いたトランスデューサをもう１つ用いるようにしてもよい。更に別の変形例は、内側を向いたトランスデューサを外側を向いたトランスデューサと対にして、アクチュエータセンサ対とすることを意図している。当然ながら、その他の組み合わせも、本発明の範囲内である。

本発明によって提供されるもう１つの非常にフレキシブルな問題解決又は実験的アプローチを、図１７に示す。ここでは、様々な型のトランスデューサを提供する再構成可能な探索システム１７０を示している。図１８Ａから１８Ｃは、図１７のシステムに代わる、様々な代替構成の組み立て図を示す。図１８Ａに示すような部品スタック構成１７２を用いて、システム１７０は平面アクチュエータとしての機能を果たすように構成されている。図１８Ｂに示すような部品スタック構造１７４を用いて、システム１７０は隔壁アクチュエータとして機能機能するように構成されている。図１８Ｃに示すような部品スタック構造１７６を用いて、システム１７６は膜型ポンプとして作動するように構成されている。このようなポンプを、以下に更に詳細に説明する。システム１７０に関しては、主題のアーキテクチャ自身が多大な柔軟性を与えると言える。

図１９Ａは、本発明を用いた別のアプリケーションを示す図である。この図は、焦点を制御するために錘台型アクチュエータ１８２を用いたカメラレンズアッセンブリ１８０の詳細である。トランスデューサ１８４のキャップ又は隔壁は、筐体１８８に設置されているレンズ１８６に光を通すためにリング状に開いている。板バネ１９０は、ＥＰＡＭ（登録商標）フィルムをバイアスするように筐体と接触して示されている。

図１９Ｂに示すように、完全なカメラアッセンブリは、少なくともシュラウド又はカバー１９２、内部フレーム部品１９４、画像を取り込むためのＣＣＤ１９６（電荷結合素子）、及び電子部品１９８を含む。この電子部品が、デバイス全体を駆動するように一体化されていてもよく、若しくは、ボード２００上の電子部品は、ＥＰＡＭ（登録商標）アクチュエータに必要な電圧設定と制御を単に提供するようにしてもよい。

このような使用に好適な電源モジュールとしては、ＥＭＣＯ Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｒｐ．（カリフォルニア所在）社製Ｑ、Ｅ、Ｆ、Ｇモデルや、Ｐｉｃｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｉｎｃ．（ニューヨーク所在）社製Ｓｅｒｉｅｓ Ｖ Ｖユニットが挙げられる。当然のことながら、カスタム電源を用いてもよい。いずれの場合でも、参照電源を、カメラの実施例だけでなく、主題のトランスデューサを組み込んだあらゆるシステムに用いることができる。

図２０は、別のカメラレンズアッセンブリ２２６を示す。しかし、この設計は、板バネの代わりに両面錘台型アクチュエータ１００を用いている。ここでは、デバイス２２８の予変形面が、ＥＰＡＭ（登録商標）フィルムではなく、単にエラストマウェブである。しかし、面／層２２８がＥＰＡＭ（登録商標）を具えているのであれば、これを、静電容量の変化による位置の検出に非常に有利に用いることができる。

本発明の別の変形例では、図２１Ａは、アクチュエータの組み合わせ２１２を用いてズームとフォーカスをそれぞれ制御するようにしたカメラレンズアッセンブリ２１０を示す。既に述べたように、このデバイスは、本発明による隔壁アクチュエータ２１４で駆動するフォーカス段階を具える。加えて、このデバイスは、平面アクチュエータ２１６で成るズーム段階セットを含む。一般的に、フォーカスの調整は、０．１から２．０ｍｍの移動を必要とし；ズームは多くの場合、５から１０回のストローク数を必要とする。

従って、ズームは、様々なタイプのアクチュエータによって操作される。図２１Ａでは、ズーム機能が互いに向かい合って位置する平面型トランスデューサ対２１６によって作動する。おもしろいことに、平面及び隔壁アクチュエータはそれぞれ、共通のフレームエレメント２１８上に広がっているＥＰＡＭ（登録商標）フィルムによって形成されている。このような機能は、図に示す２つのレンズ構成によって提供される。レンズ１８６とレンズ２２０の間の距離を変化させてズームが達成される。レンズ１８６に対するレンズ２２０のバルク移動が、ズームレンズフレーム２２４に連結したアーム２２２によって行われる。

組み合わせて使用するフレームは、本発明のもう１つのオプションである。これは、バルク動作と微調整を必要とする、又は（カメラ等のように）別々に移動する部品を必要とするあらゆる環境で適用される。また、図には示されていないが、組み合わせたフレームの複数面が、隔壁アクチュエータ単体又は平面アクチュエータ単体を担持することを意図している。更にまた、非直交フレーム形状を用いることもできる。

本発明のカメラ用途に関して、上記のシステムを超小型にすることができる。このように、これらのシステムは、小型デジタルカメラ又は携帯電話のカメラ等に特に好適に使用される。

より多くの利用可能な空間がある場合、より長い距離のズームに好適なＥＰＡＭ（登録商標）ズーム／フォーカスエンジンを提供して、このデバイスの操作範囲を大きくすることが望ましい。図２２Ａ及び２２Ｂは、ズーム制御用に平面アクチュエータの伸縮構成２３２を設けた代替の平面カメラシステム２３０を示す斜視図である。これらの図は、矢印２３２及び２３４によってそれぞれ示されているように、最小及び最大ズーム位置を示す。

アクチュエータを連結して操作する方法は、図２３Ａから２３Ｃによって提供されているトランスデューサスタック動作の段階を示す拡大図によって明らかになる。この進行動作は、最終出力バー３４０が設けられているフレーム部分２０に連続出力カバー２３８（部分的に隠れている）を接続し、ロッド３０をズームコンポーネントを浮かせる、或いはむしろ駆動するように残して取り付けることによって実行される。

本発明は、複数のフロー制御手段を更に具える。これらの手段には、バルブ、ミキサァ、及びポンプが含まれる。

図２４Ａは、バルブメカニズムの組み立て図である。バルブ２４０は、上記の二重錘台型アクチュエータ１００を作成する要素を具える。即ち、バルブは、フレーム部材内で拡張しており、キャップによって固定されるＥＰＡＭ（登録商標）フィルムを具える。加えて、バルブ２４０は、この中で受けている留め具２４４、２４６を有するカバー２４２を含む。

図２４Ｂ及び２４Ｃは、バルブの動作を示す図２４Ａのバルブの横断面図である。図２４Ｂでは、バルブが閉じている。キャップ／複数のキャップ４２は、ニュートラルなフィルム（電力が与えられた又は与えられていない）条件で「通常閉じた」構成の作動留め具２４４をブロックする隔壁としての機能を果たしている。図２４Ｃでは、トランスデューサを稼働することによってバルブが開いており、キャップ４２を矢印２４８の方向に駆動して、このデバイス内に形成されているチャンバ２５０を通る流れができるようにしている。

図２５は、別の片面二重錘台隔壁バルブ２６０を示す。このデバイスは、テーパ付ニードルバルブ構成２６２を設けて、より広い制御範囲を提供している点のみが異なる。

図２６は、三つ叉混合バルブ２７０を示す。入口留め具２７２は、様々な液体／気体源（図示せず）に液通しているライン（図示せず）に連結している。出口留め具２７４、２７６は、共通出口ライン（図示せず）に連結されている。二重矢印２７８で示すように変化するキャップ／隔壁４２の位置は、異なるフローが出口留め具に入ることができる割合を表す。当然ながら、このデバイスは、他方がここに記載されているその他のものと同様に、前述のデバイスと同様なテーパ付ニードルバルブを具える。

図２７は、インラインバルブ２８０を示す。前述のバルブが無孔ダイヤフラムを用いている場合、この場合の隔壁２８２は、貫通ホール２８４を含む。このように、作動留め具２８８によって通過可能、又は作動留め具内を通過可能なフローの量を隔壁２８２が調節する場合、流体は、留め具２８６、２８８を通ってデバイスの一方の面から他方の面へ通過することが可能である。

図２８は、本発明による圧力測定トランスデューサ２９０の側断面図である。チャンバ２９２に入る液圧は、ＥＰＡＭ（登録商標）フィルムを拡張することによって起こる静電容量の変化に対する相関によって検知される。典型的なＥＰＡＭ（登録商標）隔壁トランスデューサと比較して、キャップ４２は、このシステムに対して新しいレベルのロバスト性を提供する。

図２９Ａ及び２９Ｂは、可変「クラッキング圧」チェックバルブ２９４を示す。アクチュエータ２９６のＥＰＡＭ（登録商標）材が拡張して、圧力でバルブステム２４４の遠位端にキャップが位置する。電圧をＥＰＡＭ材にかけると、厚さが収縮し、矢印２９８の方向に拡張し、従って、バルブインターフェイスで予変形が小さくなる。このように緩めた場合、比較的低圧の流体が、キャップ４２（又は、バルブニードル等）を通過して逃げて、留め具２４６を通って出て行くことができる。

図３０Ａ及び３０Ｂは、錘台型バルブ３０２が用途特定筐体３００内に設置されているインラインバルブ構造３００を示す。この場合は、筐体は、内燃機関の用途に用いられる蒸気キャニスターパージバルブを交換するように構成されている。図３０Ａは、閉じた構成のバルブを示し；図３０Ｂは、開いた構成のバルブを示す。このバルブは、通常閉じており、ＥＰＡＭ（登録商標）膜に電圧をかけると開く。このバルブは、キャップ又は隔壁３０８と一体化したステム３０６を具える。バイアス用の両面錘台設計を用いる代わりに、つる巻きバネ３１０を片面設計で用いている。

主題のシステムのその他の用途として、複数のポンプを以下に示す。これらのポンプは、圧力下での液体又は気体の移動に用いられ、又は真空を作るのに用いられる。バルブ構造は、ポンプ本体に適合しているか、又はポンプ本体中に／ポンプ本体と共に一体化されていてもよい。

図３１Ａ及び３１Ｂは、両面錘台型アクチュエータ１００を用いた第１ポンプ３２０及び３２０’の変形例を示す。各デバイスは、単一チャンバ３２２に隔壁ポンプを具える。ＥＰＡＭ（登録商標）アクチュエータ部は、様々な両面錘台トランスデューサ設計に関連して、上記のような単相又は二相作動用に設定されている。このポンプは既に明らかなように、流体（気体を含む）圧力による押圧される膜３２８の動きが交互にバルブを開閉する受動的なチェックバルブ３２４対を具える。

図３１Ｂのポンプ３２０’は、キャップ／隔壁部分４２に加えて、隔壁の壁３３０を具えていること以外は図３１Ａのポンプと同一である。壁３３０は、前述のポンプの変形例に用いられているようなＥＰＡＭ（登録商標）フィルム自体よりもチャンバ壁インターフェイスが全体的に改善（例えば、弾性変形に影響を受けにくく、腐食性化学薬品とよりよい材料適合性を提供する）されている。

前述のデバイスと同様に、図３２に示されているポンプ３４０は、受動チェックバルブ３２４、３２６を用いている。しかしながら、一体化した二重チャンバ３４２、３４４又は二重動作ポンプを具体化する点で、このデバイスとは異なっている。また、アクチュエータは一相型又は二相型トランスデューサであってもよい。

図３３は、一室のポンプ３５０を示す。もちろん、図３２のポンプ３４０にあるように、二室設計に再構成することができる。しかしながら、興味深いことには、本デバイスで用いられるチェックバルブが受動ではなく、図２８に関連して上述したような、これに類似したＥＰＡＭ（登録商標）バルブ３５２、３５４であることである。必然的に、その他のＥＰＡＭ（登録商標）バルブ構成を用いてもよい（図２４Ａから２４Ｃで示されている構成）。

本質的に、図３３は、公知のシステムに多大な利点を提供する一体型ＥＰＡＭ（登録商標）制御デバイスを作る様々な流体フローサブコンポーネントのアッセンブリの一例を提供する。図３４は、主題のデバイスが、それら自身と、又は本発明によるその他のデバイスとどのように組み合わされるかを示す図であり、より実用性のあるシステムを提供している。図３４に示されているような「完全」流体ハンドリングシステム３６０は、ポンプ３５０、フロー制御バルブ２８０、及び／又は圧力センサ２９０を具える。必然的に、このようなシステムには、必要に応じて−恐らく矢印３６２によって示されているように配管が為される。このようなシステムの潜在的用途の１つは、自動車シートの腰部支持材として、又はリザーバ（図示せず）を満たす、又はブラダァ又はリザーバ（図示せず）の満たすレベルを制御することである。確かに、その他の用途及びシステム構成が、同様に可能である。一般的に言えば、ポンプ室は、ポンピングで達成した圧力レベルを増加するように、又はポンピング容量を増加するように並列に連結することができる。同様に、ポンプアレイは、このような結合の組み合わせを用いて提供される。

更に、ある種のポンプ又はフロー連結の特徴は、アクチュエータ自体の設計に一体化されている。図３５は、フロー導管４０２がデバイス構造に一体化しているポンプ４００の例を提供している。ＥＰＡＭ（登録商標）１０／１０’フィルムが拡張して、錘台／切頭隔壁部分６０とチェックバルブ４０４の部分を各々形成する。ディスク４０６をフィルムに付着させ、フィルムの張力によってバルブシート４０８に対して予変形をかける。流体は、シートを持ち上げて、ディスクの中央を通って流れる。ディスク４０６は、フィルムの各面と１つになるようにフィルムに接着している。

このような構造は、シングルフローシステムにおいてポンプとアクチュエータの双方を規定するのに、同じフィルムを用いるという点で大きな利点を有する。更に、トランスデューサ本体の横にバルブ構造をずらすことによって、構造全体を厚さが最小になる。この形状ファクタは、「より薄い」設計が望まれるある種の用途に必要である。

図３６は、ポンプ４１０の更に別の例を示す。ここで、チェックバルブ４１２は、ポンプ筐体の側板アッセンブリ４１４に形成されている。このような設計は、ポンプ用途における基本的なトランスデューサアーキテクチャを適用するためのモデュール的でコンパクトなアプローチを提供する。更に、本設計は、図３５に示す設計と比較してより小さい「フットプリント」用のポテンシャルを提供する。第２の側板４１６は、このアッセンブリを完成させるために設けられているだけであり、代わりに２つのチェックバルブ型の板を用いて、図３２に示すポンプと類似の概念の二重動作ポンプを提供することができる。

主題の技術のその他の潜在的な適用に関して、図３７は、振動器型デバイス３７０を示す。両面錘台アクチュエータ構造においては、塊３７２の往復運動が、トランスデューサフレーム２６に連結されたより大きなデバイス筐体に伝えられる。

塊エレメントが、振動を発生するために設けられているかどうかに関わらず、主題のトランスデューサの別の用途が、触覚フィードバックコントローラ３８０用に図３８に示されている。コントローラは、「ジョイスティック」３８２を有するゲームコンソールデバイスである触知又は力フィードバック用の振動の発生器をユーザに伝える。別の変形例では、このジョイスティックは、変形したときの静電容量の変化によって、検知できる、或いは、ユーザ入力又は制御手段のユーザ操作に信号を送ることができる多層トランスデューサ３８４に取り付けられている。このようなデバイスは、ゲームコンソール構成から外科医に高精度インターフェイスを提供してロボット外科手術を容易にすることにまで及ぶ用途を有する。

最後に、図３９は、本発明の変形例を示しており、複数の錘台及び／又は両面錘台トランスデューサ３９２、３９４、３９６を用いるスピーカシステムが提供されている。「ツイータ」ドライバ３９２が最も小さく、次いで、「中音域」ドライバ３９４であり、最後が大きい「ウーファ」ドライバ３９６である。錘台形状の性能向上によって、大小双方の（低周波数及び高周波数に調節した）スピーカを製造することができる。これらは高出力で駆動し、典型的な電磁スピーカのように重い磁石又はコイルを必要としないので、軽量で高性能のスピーカを提供することができる。更に、トランスデューサの低プロファイルは、それ自体が、オーディオファンのスタイリングに妥協のない選択枝を提供するスピーカキャビネット３９８の設計の変更に役立つ。

製造
主題のトランスデューサ用に選択された構成に関わらず、様々な製造技術が有利に用いられる。特に、マスク固定具（図示せず）を用いて、バッチ構造用の電極をパターニングするためにマスクを正確に配置することは有益である。更に、アッセンブリ固定具（図示せず）を用いて、バッチ構造用の多部品を正確に配置することは有益である。製造に関するその他の詳細は、上記の特許及び公報、また、当業者によって一般的に知られている技術に関連して明らかである。

方法
主題のデバイスに関する方法は、これらの方法をＥＰＡＭ（登録商標）アクチュエータを用いて実施することを意図している。この方法は、主題のデバイスを用いて、又はその他の手段によって実行する。この方法は、全て、好適なトランスデューサデバイスを提供する動作を具える。このような手段は、エンドユーザによって実施するようにしてもよい。言い換えれば、この「提供」は（例えば、ポンプ）、主題の方法の必須のデバイスを提供するために、エンドユーザが得る、アクセスする、アプローチする、配置する、セットアップする、作動させる、強化する、又はその他の行動を単に必要とするのみである。

キット
本発明の更に別の態様は、ここに記載されているデバイスのあらゆる組み合わせを有するキットを含む。これは、操作使用、使用指示、その他のために指示書等のためにパッケージされた組み合わせで提供されるか、技術者によって組み立てられるかのどちらかである。

キットは、本発明によるあらゆる数のトランスデューサを具えている。キットは、機械的又は電気的コネクタ、電源等を含むトランスデューサと共に使用するための様々なその他の部品を含んでいてよい。また、主題のキットは、デバイス又はこれらの組み立て用に書かれた指示書を含んでいてもよい。

キットの指示書は、紙又はプラスチック等の基板上に印刷することができる。このように、指示書は、キット又はキットの部品（即ち、パッケージ又はサブパッケージと関連して）の容器の標識のパッケージ挿入物としてキット中に存在する。その他の実施例では、この指示書は、好適なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ディスケット等に存在する電気記憶データファイルとして提示される。その他の更なる実施例では、実際の指示書はキット中には存在しないが、例えばインターネットを介して、遠隔ソースから指示書を得る手段が設けられている。この実施例の例は、指示書を見ることができる、及び／又は指示書をダウンロードすることができるウェブアドレスを含むキットである。指示書を伴っている場合と同様に、指示書を得るためのこの手段は、好適な媒体に記録される。

変形例
本発明の他の詳細に関して、材料及び代替の関連構造を、当業者のレベルの範囲内で用いることができる。同じことが、本発明の方法ベースの態様に関して一般的に又は論理的に用いられるような追加の行為に関して当てはまる。加えて、本発明は、様々な特徴が選択的に組み込まれているいくつかの例を参照して記載されているが、本発明は、本発明の各変形例に対して意図するように記載又は指示されるものに限定されない。上記の発明に様々な変更を行うことができ、等価物（本明細書中で引用されているか、簡潔にするために含まれていない）は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく置き換えられてもよい。任意の数の示されている個々の部品又はサブアッセンブリは、その設計中に一体化されていてもよい。このような変更又はその他は、アッセンブリの設計の原理によって行われ、又は導かれる。

また、記載されている本発明の変形例の最適な特徴は、個別に、或いは本明細書に記載されている一又はそれ以上の特徴のいずれかと組み合わせて、記載され、クレームされている。単一の要素への参照は、同じ要素が複数存在する可能性を含む。より具体的には、本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられる単数形は「一の（ａ）」、「一の（ａｎ）」、「前記（ｓａｉｄ）」であり、「ｔｈｅ」は、他で特にふれない限り複数の引用を含む。言い換えれば、この冠詞の使用は、以下の特許請求の範囲と同様に上記の「少なくとも一の」主題の要素を考慮する。更に注目すべきは、特許請求の範囲は、あらゆる選択的な要素を排除するように記載することができる。このように、この記述は、「単独で（ｓｏｌｅｌｙ）」、「のみ（ｏｎｌｙ）」及び特許請求の範囲の要素の記載と組み合わせてこのような排他的用語の使用、又は「否定的な」限定の使用についての先行詞として機能することが意図されている。このような排他的用語がない場合には、特許請求の範囲の用語「具える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、−与えられた数の要素が特許請求の範囲で列挙されるか、特徴の付加が特許請求の範囲に記載されている要素の性質を変形するとみなされているかどうかに関わりなく、あらゆる追加の要素が包含される。例えば、特許請求の範囲に示されている「隔壁」に留め具又は突起、複雑な表面形状又は別の特徴を追加することは、特許請求の範囲中の用語を被構造を読むことを避けられないであろう。その他、特に本明細書で規定されない限り、本明細書で用いられている全ての技術的科学的用語は、特許請求の範囲の妥当性を維持する一方で、可能な限り広く一般的に理解されている意味が与えられる。

本発明の範囲は、提供される例によって限定されることはない。

図面は、本発明の例示的態様を示す。

図１Ａは、ＥＰＡＭ（登録商標）層の対向する側面を示す。 図１Ｂは、ＥＰＡＭ（登録商標）層の対向する側面を示す。 図２は、ＥＰＡＭ（登録商標）層スタックの組み立て図である。 図３は、ＥＰＡＭ（登録商標）平面アクチュエータの組み立て図である。 図４Ａは、平面トランスデューサ構造の組み立て図である。 図４Ｂは、平面トランスデューサ構造の斜視図である。 図５は、平面アクチュエーション用に電気的接続された図４Ａ及び４Ｂのデバイスの平面図である。 図６Ａは、面外のアクチュエーションに対する代替の錘台構造に設定した図４Ａ及び４Ｂのトランスデューサの組み立て図である。 図６Ｂは、面外のアクチュエーションに対する代替の錘台構造に設定した図４Ａ及び４Ｂのトランスデューサの斜視図である。 図７Ａは、錘台形アクチュエータの配置及び操作を図示する。 図７Ｂは、錘台形アクチュエータの配置及び操作を図示する。 図７Ｃは、錘台形アクチュエータの配置及び操作を図示する。 図８は、多層錘台形のアクチュエータの平面図である。 図９Ａは、別の錘台形状のアクチュエータの組み立て図である。 図９Ｂは、代替のフレーム構造を有する同じ基本アクチュエータの側面図である。 図１０は、平列スタック型の錘台トランスデューサの部分的斜視図である。 図１１は、錘台型トランスデューサを有する選択的出力シャフト配置を示す側断面図である。 図１２は、代替の逆錘台トランスデューサ構造の側断面図である。 図１３は、コイルバネでバイアスした片面錘台トランスデューサの断面斜視図である。 図１４は、板バネでバイアスした片面錘台トランスデューサの断面斜視図である。 図１５は、重量でバイアスした片面錘台トランスデューサの断面斜視図である。 図１６は、ストローク増幅用に直列に設けられた錘台型トランスデューサの斜視図である。 図１７は、様々なタイプのトランスデューサを提供する再構成可能な例示的システムの斜視図である。 図１８Ａは、図１７のシステムの様々な代替構造の組み立て図である。 図１８Ｂは、図１７のシステムの様々な代替構造の組み立て図である。 図１８Ｃは、図１７のシステムの様々な代替構造の組み立て図である。 図１９Ａは、制御フォーカス用の錘台アクチュエータを用いるカメラレンズアッセンブリの側断面図である。 図１９Ｂは、図１９Ａで示されるシステムを有するカメラ部品の組み立て図である。 図２０は、フォーカス制御用の別のタイプの錘台アクチュエータを用いたカメラレンズアッセンブリの側断面図である。 図２１Ａは、ズーム及びフォーカスをそれぞれ制御するためのアクチュエータの組み合わせを用いるカメラレンズアッセンブリの側断面図である。 図２１Ｂは、図２１Ａに示すシステムを有するカメラ部品の組み立て図である。 図２２Ａは、ズームを制御する代替手段を示す斜視図である。 図２２Ｂは、ズームを制御する代替手段を示す斜視図である。 図２３Ａは、図２２Ａ及び図２２Ｂのトランスデューサの構成のアクチュエーションの順次のステージを示す斜視図である。 図２３Ｂは、図２２Ａ及び図２２Ｂのトランスデューサの構成のアクチュエーションの順次のステージを示す斜視図である。 図２３Ｃは、図２２Ａ及び図２２Ｂのトランスデューサの構成のアクチュエーションの順次のステージを示す斜視図である。 図２４Ａは、バルブメカニズムの組み立て図である。 図２４Ｂは、バルブ動作を示す図２４Ａのバルブの側断面図である。 図２４Ｃは、バルブ動作を示す図２４Ａのバルブの側断面図である。 図２５は、様々なバルブ構造の側断面図である。 図２６は、様々なバルブ構造の側断面図である。 図２７は、様々なバルブ構造の側断面図である。 図２８は、本発明による圧力測定トランスデューサの側断面図である。 図２９Ａは、アクティブチェックバルブの側断面図である。 図２９Ｂは、図２９Ａに示す構造の斜視図である。 図３０Ａは、用途が特異的な筐体内でのインラインバルブセットの側断面図である。 図３０Ｂは、用途特異的筐体内でのインラインバルブセットの側断面図である。 図３１Ａは、錘台型アクチュエータを用いる第１のポンプの変形例を示す断面斜視図である。 図３１Ｂは、錘台型アクチュエータを用いる第１のポンプの変形例を示す断面斜視図である。 図３２は、錘台型アクチュエータを用いる別のポンプの変形例を示す断面斜視図である。 図３３は、錘台型アクチュエータを用いる別のポンプの変形例を示す断面斜視図である。 図３４は、上で示した様々なバルブ及びポンプを用いる一体型フロー制御システムの斜視図である。 図３５は、ポンプ錘台と共に形成した一体型チェックバルブを有するポンプ筐体を示す斜視組み立て図である。 図３６は、チェックバルブを組み込んでいる別のポンプアッセンブリを示す斜視組み立て図である。 図３７は、振動子の斜視図である。 図３８は、触覚フィードバックコントローラの断面斜視図である。 図３９は、複数の錘台及び／又は両面錘台トランスデューサを用いるスピーカーシステムの斜視図である。

図面で示されているものの本発明の変形例が考えられる。

Claims (18)

1. デバイスにおいて：
   開放フレームと；
   前記フレーム内に固定され、かつ、隔壁を形成する中央領域を有する電場応答性エラストマ材料と；
   を具え、
   前記中央領域が前記エラストマ材料よりも可撓性が低く、バネが前記エラストマ材料を凹面又は凸面形状に伸張させることを特徴とするデバイス。
2. 請求項１に記載のデバイスにおいて、前記デバイスが、スピーカ、ポンプ、バルブ、レンズのうちの１つを具えることを特徴とするデバイス。
3. 請求項１に記載のデバイスにおいて、前記バネが面外の前記電場応答性エラストマ材料をバイアスすることを特徴とするデバイス。
4. 請求項１に記載のデバイスにおいて、前記隔壁が錘台構造を形成していることを特徴とするデバイス。
5. 請求項１に記載のデバイスにおいて、前記フレームが実質的に平坦であり、前記隔壁の出力動作が面外にあることを特徴とするデバイス。
6. 請求項１に記載のデバイスにおいて、前記中央領域が実質的に硬質なキャップを有することを特徴とするデバイス。
7. 請求項１に記載のデバイスにおいて、前記中央領域が無孔であることを特徴とするデバイス。
8. 請求項１に記載のデバイスにおいて、前記中央領域が開放内部セクションを有することを特徴とするデバイス。
9. 請求項１に記載のデバイスにおいて、前記デバイスがセンサ、アクチュエータ、又はジェネレータのうちの１つとして機能するように適合されていることを特徴とするデバイス。
10. 請求項１に記載のデバイスが少なくとも２つの隔壁を有し、前記少なくとも２つの隔壁の各々が錘台形状に伸張されることを特徴とするデバイス。
11. 請求項１０に記載のデバイスにおいて、一方の隔壁がもう１つの隔壁をバイアスすることを特徴とするデバイス。
12. 請求項１０に記載のデバイスにおいて、前記錘台セクションが互いに逆向きであることを特徴とするデバイス。
13. 請求項１０に記載のデバイスにおいて、前記錘台セクションが互いに向かい合っていることを特徴とするデバイス。
14. 請求項１０に記載のデバイスにおいて、前記中央領域が積層されていることを特徴とするデバイス。
15. 請求項１に記載のデバイスにおいて、前記エラストマ材料が、複数の独立してアドレスされるセクションを具えることを特徴とするデバイス。
16. 請求項１に記載のデバイスにおいて、複数の重なった隔壁を具えるデバイス。
17. 請求項１６に記載のデバイスにおいて、前記重なった隔壁が直列に接続されていることを特徴とするデバイス。
18. 請求項１６に記載のデバイスにおいて、前記重なった隔壁が並列に接続されていることを特徴とするデバイス。

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