JP5684713B2 - 表面変形電気活性ポリマー変換器 - Google Patents

Description

本発明は、誘電性エラストマーまたは電気活性ポリマーフィルム変換器に関する。より具体的には、本発明は、表面変形に関するそのような変換器およびその可能性および応用に関する。

今日用いられる非常に様々なデバイスは、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する何らかの作動装置に依存する。反対に、多くの発電用途は、機械動作を電気エネルギーに変換することにより作用する。このように機械エネルギーを収穫するために用いられる作動装置の同一種類を、発電機と称し得る。同様に、該構造物を、物理的刺激、例えば振動または圧力などを測定目的のための電気信号に変換するために用いる際、該構造物は、センサーと称し得る。用語「変換器」は一般に、任意のデバイスについて用い得る。

多くの設計検討は、変換器の製造のために、「電気活性ポリマー（ＥＡＰ）」とも称される進歩した誘電エラストマー材料の選択および使用に恩恵を与える。該検討には、ポテンシャル力、電力密度、電力変換／消費、寸法、重量、コスト、応答時間、負荷サイクル、サービス要件、環境影響等が含まれる。同様に、多くの用途では、ＥＡＰ技術は、圧電物質、形状記憶合金（ＳＭＡ）および電磁気デバイス、例えばモーターおよびソレノイド等について望ましい置き換えを提供する。

ＥＡＰデバイスの例およびその用途は、米国特許第７，３９４，２８２号、同７，３７８，７８３号、同７，３６８，８６２号、同７，３６２，０３２号、同７，３２０，４５７号、同７，２５９，５０３号、同７，２３３，０９７号、同７，２２４，１０６号、同７，２１１，９３７号、同７，１９９，５０１号、同７，１６６，９５３号、同７，０６４，４７２号、同７，０６２，０５５号、同７，０５２，５９４号、同７，０４９，７３２号、同７，０３４，４３２号、同６，９４０，２２１号、同６，９１１，７６４号、同６，８９１，３１７号、同６，８８２，０８６号、同６，８７６，１３５号、同６，８１２，６２４号、同６，８０９，４６２号、同６，８０６，６２１号、同６，７８１，２８４号、同６，７６８，２４６号、同６，７０７，２３６号、同６，６６４，７１８号、同６，６２８，０４０号、同６，５８６，８５９号、同６，５８３，５３３号、同６，５４５，３８４号、同６，５４３，１１０号、同６，３７６，９７１号および同６，３４３，１２９号および米国特許出願公開第２００８／０１５７６３１号、同２００８／０１１６７６４号、同２００８／００２２５１７号、同２００７／０２３０２２２号、同２００７／０２００４６８号、同２００７／０２００４６７号、同２００７／０２００４６６号、同２００７／０２００４５７号、同２００７／０２００４５４号、同２００７／０２００４５３号、同２００７／０１７０８２２号、同２００６／０２３８０７９号、同２００６／０２０８６１０号、同２００６／０２０８６０９号および同２００５／０１５７８９３号に記載されている（これらをそのまま参照によってここに組み込む）。

ＥＡＰ変換器は、弾性特性を有し、および薄い弾性誘電材料により分けられる２つの薄いフィルム電極を含む。電圧差を電極に適用すると、逆帯電した電極は、その間でポリマー誘電層を圧縮しながら互いに引き付け合う。電極は、互いにより近くに引っ張られ、誘電ポリマーフィルムは、平面方向に広がり（ｘ軸およびｙ軸成分に広がる）、より薄くなり（ｚ軸成分が縮小する）、すなわち、フィルムの変位は面内である。ＥＡＰフィルムは、フィルム構造に対して直行方向に動きが生じるように構成することもでき（ｚ軸に沿って）、すなわち、フィルムの変位は、面外である。米国特許出願第２００５／０１５７８９３号には、上記の面外に変位する（表面変形または厚みモード歪みとも称される）ＥＡＰフィルム構築物が開示される。

ＥＡＰフィルムの材料および物理特性は、変化させ、制御して変換器による表面変形をカスタマイズすることができる。より具体的には、ポリマーフィルムと電極材料との間の相対弾力性、ポリマーフィルムと電極材料との間の相対厚み、および／またはポリマーフィルムの変化性厚みおよび／または電極材料、ポリマーフィルムおよび／または電極材料の物理パターン（局在化活性および不活性領域を付与する）、および全体としてＥＡＰフィルム上に付与される応力または予備応力、および印加される電圧の量またはフィルム上に誘発される電気容量を制御し、変化させて、活性モードの場合、フィルムの表面特性をカスタマイズし得る。

多くの変換器系応用が、存在し、上記の表面変形ＥＡＰフィルムにより達成される優位性から恩恵を受ける。

米国特許第７，３９４，２８２号明細書 米国特許第７，３７８，７８３号明細書 米国特許第７，３６８，８６２号明細書 米国特許第７，３６２，０３２号明細書 米国特許第７，３２０，４５７号明細書 米国特許第７，２５９，５０３号明細書 米国特許第７，２３３，０９７号明細書 米国特許第７，２２４，１０６号明細書 米国特許第７，２１１，９３７号明細書 米国特許第７，１９９，５０１号明細書 米国特許第７，１６６，９５３号明細書 米国特許第７，０６４，４７２号明細書 米国特許第７，０６２，０５５号明細書 米国特許第７，０５２，５９４号明細書 米国特許第７，０４９，７３２号明細書 米国特許第７，０３４，４３２号明細書 米国特許第６，９４０，２２１号明細書 米国特許第６，９１１，７６４号明細書 米国特許第６，８９１，３１７号明細書 米国特許第６，８８２，０８６号明細書 米国特許第６，８７６，１３５号明細書 米国特許第６，８１２，６２４号明細書 米国特許第６，８０９，４６２号明細書 米国特許第６，８０６，６２１号明細書 米国特許第６，７８１，２８４号明細書 米国特許第６，７６８，２４６号明細書 米国特許第６，７０７，２３６号明細書 米国特許第６，６６４，７１８号明細書 米国特許第６，６２８，０４０号明細書 米国特許第６，５８６，８５９号明細書 米国特許第６，５８３，５３３号明細書 米国特許第６，５４５，３８４号明細書 米国特許第６，５４３，１１０号明細書 米国特許第６，３７６，９７１号明細書 米国特許第６，３４３，１２９号明細書 米国特許出願公開第２００８／０１５７６３１号明細書 米国特許出願公開第２００８／０１１６７６４号明細書 米国特許出願公開第２００８／００２２５１７号明細書 米国特許出願公開第２００７／０２３０２２２号明細書 米国特許出願公開第２００７／０２００４６８号明細書 米国特許出願公開第２００７／０２００４６７号明細書 米国特許出願公開第２００７／０２００４６６号明細書 米国特許出願公開第２００７／０２００４５７号明細書 米国特許出願公開第２００７／０２００４５４号明細書 米国特許出願公開第２００７／０２００４５３号明細書 米国特許出願公開第２００７／０１７０８２２号明細書 米国特許出願公開第２００６／０２３８０７９号明細書 米国特許出願公開第２００６／０２０８６１０号明細書 米国特許出願公開第２００６／０２０８６０９号明細書 米国特許出願公開第２００５／０１５７８９３号明細書

本発明は、表面変形ＥＡＰ系変換器の構造および機能を向上させることを目的とする。本発明は、種々の用途に用いるためのカスタマイズされた変換器構造物を提供し、種々の用途として、これらに限定されないが、ユーザーインターフェースのための触覚フィードバック（例えばキーボタン、キーパッド、タッチパッド、タッチスクリーン、タッチプレート、タッチセンサー等）、流体運動および制御機構、例えばポンプおよびバルブなど、ブレーキおよびクラッチ機構、発電、検出などが挙げられる。

上記の変換器は、薄い誘電弾性層を含む少なくとも１つの電気活性ポリマーフィルム層を含み、誘電弾性層の一部を、第１電極および第２電極の間に挟み、電極の重複部分が、１以上の活性フィルム領域を定義し、フィルムの残存部分が、１以上の不活性フィルム領域を定義し、活性領域の活性は、フィルムの厚み寸法を変化させる。活性領域および不活性領域の相対位置は、厚みモード出力プロファイルを定義するか、または不活性領域は、活性領域に対して中央にあり得る。多重変換器は、多重層機能を供するために、および／または出力を強化するために積み重なった配置で供給される。

厚み寸法における変化の出力を強化するために、少なくとも１つの不動態ポリマー層であって、該ポリマー層は、活性領域の活性が不動態層の厚み寸法を変化させる、電気活性ポリマーの片側の少なくとも１部分にわたって広がる。ある実施態様では、１以上の不動態層は、出力機構としての役割を、作動装置部分を形成し得る１以上の硬質構造へ機械的に結合し得る。パッシブ層は、活性および不活性領域の１部または全部にわたって広がり得るか、または不活性領域のみまたはその一部にわたって広がり得る。

ある実施態様では、電気バスを付与して、電極を電源へ結合し、および／または互いに共通のアース端子を付与する。特に、第１導電性層を、不活性フィルム領域の少なくとも１部上に配置し、第１電極を電気的に結合し、第２導線性層を不活性フィルム領域の少なくとも１部上に配置し、第２電極へ電気的に結合する。変換器は、第１電極を含む位置にて変換器により広がる１以上の導電性ビア、および第２電極を含む位置にて変換器により広がる第２導電性ビアをさらに含み得る。本発明は、電気変換器内のビアを形成するための種々の方法を提供し、これは、変換器内のビアホールを形成する工程、および該ビアホールを導電性材料で充填する工程、もしくは導電性接触を変換器材料中へ駆動する工程を含み得る。

対象変換器の電極層は、手での厚みモード応用のための任意の適当なトレースパターンを有し得る。該パターンは通常、対称であるが、非対称であってよく、反対のトレースは、誘電フィルムの反対側から互いに配置し、電極付加の領域は活性であり、残りの領域は不活性であり、活性領域の活性は、不活性領域の厚み寸法を増加させる。ある実施態様では、相対トレースパターンは、順に同心円状に形成し、実質的に直線に広がるかまたは選択的に曲がり、または新規な形状を付与するためにカーブし得る。

変換器は、個々の変換器が電気活性ポリマーフィルムのストリップから単一化することにより形成される場合、電気活性ポリマーフィルムの連続的ストリップから作られ得る。電極パターンは、ストリップに沿って連続的に形成してよく、または分離し、ストリップに沿って繰り返してよい。変換器ストリップを形成して、空間を構成し得、これは、ガスケット型作動装置を作るのに特に適当である。

本発明のこれらおよび他の特徴、目的および優位性は、以下、より完全に説明される本発明の詳細から当業者に明らかとなる。

本発明は、図に示される変形から本発明の変形を考慮する場合、以下の詳細な説明と添付の概略図との組み合わせから最も理解される。本発明の理解を助けるのに、図と共通する同一要素を指定するために、同一の参照数字を（差し支えが無ければ）用いた。以下の図が図面に含まれる。

図１Ａおよび１Ｂは、作動装置として用いる表面変形ＥＡＰ変換器を概略的に示し、これは、変換器が活性化された場合、ポリマー表面特徴を利用して作業出力を供する。 図２Ａおよび２Ｂは、本発明の作動装置の典型的な構造物の断面図である。 図３Ａ乃至３Ｄは、電気接続を、印刷回路板（ＰＣＢ）または柔軟性コネクターへ結合するための本発明の変換器内に作るための方法の種々の工程を示す。 図４Ａ乃至４Ｄは、電線へ結合させるための本発明の変換器内に電気接続を作るための方法の種々の工程を示す。 図５は、電気接触の貫通型を有する本発明の変換器の断面図である。 図６Ａおよび６Ｂはそれぞれ、ボタン型作動装置における適用のための厚みモード変換器および電極パターンの上面視野図である。 図７は、図６Ａおよび６Ｂのボタン型作動装置のアレイを用いるキーパッドの上面切り欠き図を示す。 図８は、新規な作動装置において人の手の形態でもチルための厚みモード変換器の上面視野図を示す。 図９は、連続ストリップ構造における厚みモード変換器の上面視野図を示す。 図１０は、ガスケット型作動装置における用途のための厚みモード変換器の上面視野図を示す。 図１１Ａ乃至１１Ｄは、種々の型のガスケット型作動装置を用いるタッチスクリーンの断面図である。 図１２Ａ乃至１２Ｃはそれぞれ、本発明の厚みモード作動装置を用いるポペット弁機構の不動状態および活性状態の断面図である。 図１３Ａおよび１３Ｂはそれぞれ、本発明の厚みモード作動装置を用いるダイアフラム型液体ポンプの不活性および活性状態の断面図である。 図１４Ａおよび１４Ｂはそれぞれ、ポンプを排気し、圧縮行程にする本発明の厚みモード作動装置を用いる他のダイアフラム型ポンプの断面図である。 図１５Ａおよび１５Ｂは、本発明の厚みモード作動装置を用いるぜん動ポンプ態様の断面図である。 図１６Ａおよび１６Ｂはそれぞれ、本発明の厚みモード作動装置を不活性および活性モードに用いる線形ブレーキ機構の断面図である。 図１７Ａおよび１７Ｂはそれぞれ、不活性および活性モードにおける本発明の厚みモード作動装置を用いる回転式ブレーキまたはクラッチ機構の断面図である。 図１８Ａおよび１８Ｂは、変換器の活性および不活性領域の相対位置が、上記の実施態様から反対である本発明の厚みモード変換器の他の実施態様の断面図である。

図に示されたものからの本発明の変形は予想される。

デバイス、系および本発明の方法を、添付図面に対して詳細に説明する。

図１Ａおよび１Ｂに関して、略図は、本発明のある実施態様に従って電気エネルギーを機械エネルギーへ変換するための表面変形ＥＡＰ作動装置１０を示す。作動装置１０には、薄いエラストマー誘電ポリマー層１４、および該誘電体１４の上部および下部表面の一部上で該誘電体１４へ結合した上部および下部電極１６ａ、１６ｂを有するＥＡＰ変換器１２が含まれる。誘電体および少なくとも２つの電極を含む変換器１２の一部は、ここでは活性領域のことである。本発明の任意の変換器は、１以上の活性領域を有し得る。

電圧差を、逆帯電した電極１６ａ、１６ｂを横切って適用した場合、反対の電極は互いに引きつけ合い、これにより、その間の誘電ポリマー層１４の一部が圧縮される。電極１６ａ、１６ｂがより近くに引き寄せられると（ｚ軸に沿って）、これらの間にある誘電層１４の一部は、平面方向に広がるのでより薄くなる。非圧縮性ポリマー、すなわち応力下で実質的に一定体積を有するもののために、またはフレーム等に保持される他の圧縮性ポリマーのために、この作用により、活性領域（すなわち、電極により覆われる領域）の外側にある柔軟誘電材料が、特に、活性領域の端についてパラメータ的に、すなわち直ぐ周囲に配置されるか、または厚み方向（変換器フィルムにより規定される平面に対して直角）に面外に膨らむ。かかる膨らみは、誘電表面特徴２４ａ〜ｄを生じさせる。面外に表面特徴２４が、活性領域に対して相対的に 局所的に示されるが、面外は、示される通り必ずしも局在化するとは限らない。ある場合では、ポリマーを予備変形する場合、表面特徴２４ａ〜ｂは、誘電材料の不活性部分の表面面積を超えて分割される。

対称変換器の表面特徴の鉛直プロファイルおよび／または表面特徴の可視性を増幅するために、任意のパッシブ層を、該パッシブ層がＥＡＰフィルム表面面積の全部または一部を覆う場合、変換器フィルム構造の片側または両側に付加し得る。図１Ａおよび１Ｂの作動装置実施態様では、上部および下部の通過層１８ａ、１８ｂを、上部および下部に付加する。図１Ｂにおける参照番号２６ａ〜ｄにより示される通り、作動装置および誘電層１２の得られる表面特徴１７ａ〜ｄは、パッシブ層１８ａ、１８ｂの付加厚みにより増幅される。

上昇したポリマー／パッシブ層表面特徴２６ａ〜ｄに加えて、ＥＡＰフィルム１２を、１つまたは両方の電極１６ａ、１６ｂが誘電層の厚み未満に押し下げられるように構成し得る。そのため、その押し下げられた電極またはその一部は、ＥＡＰフィルム１２の作動により電極表面特徴および誘電材料１４の得られる歪みを供する。電極１６ａ、１６ｃは、パターンが形成され得るか、またはポリマー表面特徴、電極表面特徴および／またはパッシブ層表面特徴を含み得るカスタマイズ化された変換器フィルム表面特徴を製造するために設計され得る。

図１Ａおよび１Ｂの作動装置実施態様１０において、１以上の構造２０ａ、２０ｂが、柔軟パッシブスラブおよび硬質機械構造の間の作業を結合すること、および作動装置の作業出力を配向することを助けるのを提供する。ここでは、上部構造２０ａ（これは、プラットホーム、バー、レバー、ロッドなどの形態であり得る）は、出力部材として働くが、下部構造２０ｂは、作動装置１０を固定または剛性構造２２、例えば地面等へ結合する働きをする。これらの出力構造は、別個の成分である必要はないが、むしろ、作動装置を駆動させることを目的とする構造と統合されるかまたは一体化され得る。構造２０ａ、２０ｂはまた、パッシブ層１８ａ、１８ｂにより形成された表面特徴２６ａ〜ｄの周囲または形状を定義するように働く。図１Ｂに示される通り、例示の実施態様では、集団作動装置の積み重ねは、作動装置の不活性部分の厚みを増加させるが、作動により作動装置により受ける高さΔｈの純変化は消極的である。

本発明のＥＰＡ変換器は、所望の厚みモード作動装置を提供するための任意の適当な構築物を有し得る。例えば、さらなるＥＰＡフィルム層を容量センサーとして用い得る場合、１以上のＥＡＰフィルム層を用いて、より複雑な応用、例えば一体化検知能力を有するキーボードキー等のための変換器を組み立て得る。

図２Ａは、本発明による二重ＥＡＰフィルム層３４を有する積層変換器３２を用いる例えば作動装置３０を示す。二重層には、上部および下部電極３４ｂ、３４ｃの間に挟まれた上部フィルム３４ａと、上部および下部電極３６ｂ、３６ｃの間に挟まれた下部フィルム３６ａを有する２つの誘電エラストマーフィルムが含まれる。導電性配線または層の組（一般に、「バスバー」と称される）を、付与して高電圧への電極と結合し、電源の側と設置する（後者は示されていない）。バスバーを、各ＥＡＰフィルムの「不活性」部分上（すなわち、上部および下部電極が重複しない位置）に配置する。上部および下部バスバー４２ａ、４２ｂをそれぞれ、誘電層３４ａの上部および下部上に配置し、上部および下部バスバー４４ａ、４４ｂをそれぞれ誘電層３６ａの上部および下部側に配置する。誘電体３４ａの上部電極３４ｂおよび誘電体３６ａの下部電極３６ｃ、すなわち２つの外側に面する電極は、バスバー４２ａおよび４４ａの相互結合により、６８ａ（図２Ｂに示される）を介して導電性エラストマーにより通常偏極し、その構造を、図３Ａ〜３Ｄについて以下により詳細に説明する。また、誘電体３４ａの底部電極３４ｃおよび誘電体３６ａの上部電極３６ｂ、すなわち２つの外側に面する電極は、バスバー４２ｂおよび４４ｂの相互結合により、６８ｂ（図２Ｂに示される）により導電性エラストマーにより通常偏極する。埋め込み材料６６ａ、６６ｂを用いて、６８ａ、６８ｂにより封止する。作動装置を操作する際、各電極対の反対電極を、電圧を適用する際に一緒に描画する。安全のために、接地電極を、高電圧電極に達する前に任意の貫通性物体を接地するように積層の外側に配置し得る。かくして、感電は排除される。２つのＥＡＰフィルム層をフィルムツーフィルム接着剤４０ｂにより一緒に接着し得る。接着層は必要に応じて、性能を強化するパッシブまたはスラブ層が含まれ得る。上部パッシブ層またはスラブ５０ａおよび下部パッシブ層５２ｂを、接着層４０ａにより、および接着層４０ｃにより変換器構造へ接着する。出力バー４６ａ、４６ｂをそれぞれ、接着層４８ａ、４８ｂにより上部および下部パッシブ層へ丁重に結合し得る。

本発明の作動装置は、任意の適当な数の変換器層を用い得、層の数は、偶数または奇数であり得る。後者の構築物では、１以上の共通の接地電極およびバスバーを用い得る。さらに、安全性が問題にならない場合、高電圧電極を変換器積層の外側上に配置して、特定の用途をより良好に適合し得る。

使用可能なために、作動装置３０は、電源および制御電子回路（いずれも示されていない）へ電気的に結合しなければならない。これは、作動装置またはＰＣＢ上の電気配線またはワイヤー、または高電圧および地面を、６８ａ、６８ｂにより、電源供給または中間接続へ結合する柔軟コネクター６２により達成し得る。作動装置３０は、保護性バリア材料中で包装して、湿潤性および環境汚染物から封止し得る。いくつかの実施態様では、保護性バリアは、機密シールを提供するために不浸透性であり得る。カバーは、物理的ダメージに対して作動装置３０を保護するためにいくつかの剛性形態を有し得るか、または作動装置３０の作動配置のための部屋を可能とするために適合性であり得る。ある特定の実施態様では、上部カバー６０を、形成ホイルから構成し、下部カバー６４を適合性ホイルから構成し、または逆も同様であり、２つのカバーをボード／コネクター６２へ熱封止する。多くの他の包装材料、例えば 金属化ポリマーフィルム、ＰＶＤＣ、Ａｃｌａｒ、スチレンまたはオレフィンコポリマー、ポリエステルおよびポリオレフィン等を用いることもできる。適合性材料を用いて、作動装置出力を変換する出力構造または構造（ここではバー４６ｂ）をカバーする。

本発明の積層作動装置／変換器構造の導電性成分／層、例えば記載の作動装置３０等を、積層構造により形成された電気ビア（図２Ｂにおける６８ａおよび６８ｂ）により通常結合する。図３乃至５は、ビアを形成するための本発明の種々の方法を示す。

図２Ｂの作動装置３０に用いる種類の導電性ビアの形成は、図３Ａ〜３Ｄに関して記載される。作動装置７０（ここでは、７８ａ、７８ｂの間に集合的に挟まれた誘電層７４の不活性位置の反対側に配置された正反対に配置されたバスバー７６ａ、７６ｂを有する単一フィルム変換器から構築される）のＰＣＢ／柔軟コネクター７２への積層前または積層後、積層変換器／作動装置構造７０は、図３Ｂに示される通り、その全厚みによるレーザードリル８０でビアホール８２ａ、８２ｂを形成される。ビアホールを生じさせるための他の方法は、機械ドリル法、押し抜き法、成形法、貫通法およびコアリング法等を用いることもできる。次いで、ビアホールは、図３Ｃに示される通り、任意の適当な分散法、例えば射出法等により、導電性材料、例えばシリコーン中の炭素粒子で充填される。次いで、図３Ｄに示される通り、伝導的に充填されたビア８４ａ、８４ｂは、任意の適合性非導電性材料、例えばシリコーンを必要に応じて埋め込み、ビアの露出端を電気的に絶縁した８６ａ、８６ｂである。または、非導電性テープを、露出ビア上に配置し得る。

標準的な電気配線を、ＰＣＢまたは柔軟性コネクターの代わりに用いて、作動装置を動力供給および電子回路に結合し得る。このような実施態様により、電源供給への電気ビアおよび電気接合を形成する種々の工程を、同じ参照番号を有する図３Ａ〜３Ｄにおける成分および工程と同様のものを有する図４Ａ〜４Ｄに示す。ここでは、図４Ａに示される通り、ビアホール８２ａ、８２ｂは、ドリルで、バスバー８４ａ、８４ｂが達する程度にまで作動装置厚み内の深さに穴が空けられれば十分である。次いで、ビアホールは、図４Ｂに示される通り、導電性材料で充填された後、図４Ｃに示される通り、リード線８８ａ、８８ｂを堆積された導電性材料中へ挿入する。

図５は、本発明の変換器内の導電性ビアを付与する他の方法を示す。変換器１００は、パッシブポリマー層１１０ａ、１１０ｂの間に順に挟まれている電極１０６ａ、１０６ｂ間に挟まれた位置を有する誘電層１０４を含む誘電体フィルムを有する。導電性バスバー１０８を、ＥＡＰフィルムの不活性領域上に付与する。貫通性位置を有する導電性接点１１４は、手動でまたは別の方法で、変換器の片側により、バスバー１０８を貫通する深さへ駆動する。導電性配線１１６を、貫通性接点１１４の露出端からＰＣＢ／柔軟性コネクター１１２に沿って伸長する。

本発明の厚みモードＥＡＰ変換器は、任意の適当な構築物および表面特徴提示を有する種々の作動装置応用に使用可能である。図６〜１０は、厚みモード変換器／作動装置応用を例示する。

図６Ａは、使用者がデバイスを物理的に接触する接触または触覚フィードバック用途、例えばキーボード、タッチスクリーン、電話などに用いるためのボタン作動装置に望ましい円形構築物を有する厚みモード変換器１２０を示す。変換器１２０は、薄い弾性エラストマー誘電ポリマー層１２２および上部および下部電極パターン１２４ａ、１２４ｂから形成され（ボタン電極パターンを薄く示す）、図６Ｂに分離した図に最も示される。電極パターン１２４はそれぞれ、柄部分１２５に同心円上パターンを形成する複数の反対の位置に広がる指部分１２７を与える。２つの電極の柄は、各指部分が互いに同格配置であり、図６Ａに示すパターンが生じる場合、円形誘電体層１２２の反対側上に互いに正反対に位置する。この実施態様における反対電極パターンは、互いに同一および対称であるが、他の実施態様は、反対電極パターンが、形状および／またはこれらが占める表面面積の量において非対称である場合、適合される。２つの電極材料が重複しない変換器材料の部分は、変換器の不活性部分１２８ａ、１２８ｂを規定する。電気接点１２６ａ、１２６ｂは、変換器を動力原および制御電子回路（いずれも示されていない）へ電気的に結合するために２つの電極柄部分のそれぞれの底部に付与される。変換器が活性化される場合、反対電極指が一緒に引っ張られ、これにより、その間で誘電材料１２２を圧縮し、膨れた変換器の不活性部分１２８ａ、１２８ｂは、ボタンの周辺におよび／または内面的に望ましいボタンの表面特徴を形成する。

ボタン作動装置は、単一入力または接触表面の形態であり得、または複数の接触表面を有するアレイ形式に提供し得る。アレイの形態で構築される場合、図６Ａのボタン変換器は、図７に示されるキーパッド１３０における使用のために、種々のユーザーインターフェースデバイス、例えばコンピューターキーボード、電話、計算機等のために望ましい。変換器アレイ１３２には、所望の活性および不活性部分を有する図６Ａの集中変換器パターンを製造するために、内部接続電極パターンの上部アレイ１３６ａおよび互いに向かい合った２つのアレイを有する電極パターンのボタンアレイ１３６ｂ（薄く示される）が含まれる。キーボード構造は、変換器アレイ１３２の上にパッシブ層１３４の形態であり得る。変換器層１３４はそれ自体、表面特徴、例えばキーボーダー１３８等を有し得、これは、活性状態にされて、各キーパッドでユーザーが、指を触覚的に整列し得、および／または個々のキーパッドで活性化により各ボタンの周辺の膨らみをさらに増幅し得る。キーが押される場合、キーボードの下にある各変換器は、上記の厚みモード膨らみを生じさせながら、活性化されて、触感をユーザーへ再び与える。多くの変換器は、この方法により提供され得、間隔を介して、用いるキーパッド１３４の種類およびサイズを適合させる。このような変換器アレイのための製造技術の例は、２００８年６月２７に提出された、ＥＬＥＣＴＲＯＡＣＴＩＶＥ ＰＯＬＹＭＥＲ ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲＳ ＦＯＲ ＳＥＮＳＯＲＹ ＦＥＥＤＢＡＣＫ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳと題された米国特許出願第１２／１６３５５４に開示される（参照によりここにその全体を組み込む）。

本発明の厚みモード変換器は、対称である必要はなく、任意の構成および形状を取り得ることが当業者に評価される。対象変換器は、任意の考えられる新規な用途、例えば図８に示される新規なハンドデバイス１４０等に用い得る。ヒトの手の形態で誘電材料１４２は、上部および下部電極パターン１４４ａ、１４４ｂ（望ましくないパターンを薄く示す）を同様の手形状で付与する。電極パターンはそれぞれ、バスバー１４６ａ、１４６ｂに電気的に結合し、電源および制御電子回路（いずれも示されていない）へ順に電気的に結合する。ここでは、 対向電極パターンは、間に入れられるよりむしろ互いにまたは互いの上に整列され、これにより、交互に活性および不活性領域を生じさせる。このため、パターン全体の内部および外部端上のみで隆起した表面特徴が生じる代わりに、隆起した表面特徴は、ハンドプロファイルにより、すなわち不活性領域上で提供される。視覚フィードバックは、着色、反射性材料などにより強化し得ると考えられる。

本発明の変換器は、とりわけ変換器電極パターンが均一または繰り返しである場合、一般に用いられるウェブベース製造技術により、効率的に量産し得る。図９に示す通り、変換器フィルム１５０は、誘電材料１５２のストリップ上に付与または形成される連続上部および下部電極バス１５６ａ、１５６ａを有する連続ストリップ形式により供給される。最も典型的には、厚みモード特徴は、分離（すなわち不連続）しているが、それぞれのバスバー１５６ａ、１５６ｂに電気的に結合した上部および下部電極パターン１５４ａ、１５４ｂにより形成された繰り返し活性領域１５８により規定される。しかしながら、活性領域は、連続パターンにより供給され得ることが 考慮される。電極およびバスパターンは、既知のウェブベース製造技術により、個々の変換器を、既知の技術により、例えば選択された単一化配線１５５に沿ったストリップ１５０を切断することなどにより、単一化して、形成し得る。活性領域をストリップに沿って連続的に供給する場合、該ストリップは、電極の短絡を避けるため 高い正確性により切断される必要がある。これらの電極の切断端は、埋め込みを必要するか、または追跡の問題を避けるために後ろにエッチングされ得る。次いで、バス１５６ａ、１５６ｂの切断末端は、動力／制御源に結合して、得られる作動装置の作動を可能とする。単一化前または単一化後に、ストリップまたは単一化ストリップ部は、多くの他の変換器フィルムストリップ／ストリップ部で堆積させて、多層構造を供給し得る。次いで、堆積構造は、ラミネート加工し、必要に応じて、作動装置の硬質機械成分、例えば出力バーなどへ機械的に結合し得る。

図１０は、変換器１６０が誘電材料１６２のストリップにより形成され、該ストリップが長方形パターンに配置されたストリップの反対側上に上部および下部電極１６４ａ、１６４ｂを有し、これにより開放領域１６５を構成する、対象変換器の他の変形を示す。電気バス１６６ａ、１６６ｂにおける電極末端のそれぞれは、電源および制御装置（いずれも示されていない）へ結合するための電気接地点１６８ａ、１６８ｂを有する。封止領域１６５にわたって広がるパッシブ層（示されていない）は、変換器フィルムのいずれの側にも用い得、これにより、ガスケット配置を、環境保護および出力バーの機械結合（示されていない）のために形成する。構成される通り、変換器の活性は、変換器ストリップの周辺１６９の内側および外側に沿った表面特徴および活性領域１６４ａ、１６４ｂの厚みの減少を生じさせる。必要なガスケット作動装置は、連続的ではなく、単一装置であることに注意すべきである。１以上の分離した作動装置を用いて、非活性適合ガスケット材料で必要に応じて封止され得る領域の周辺を配線することもできる。

他のガスケット型作動装置は、上で引用した米国特許出願第１２／１６３５５４号に記載される。作動装置のこれらの種類は、感覚（触覚または振動性）フィードバック用途、例えば手持ちのマルチメディアデバイス、医療用器具、売店または自動車の計器パネル、玩具および他の新規な製品などの用途のためのタッチセンサーパネル、タッチパッドおよびタッチスクリーンに適している。

図１１Ａ〜１１Ｄは、本発明の厚みモード作動装置の変形を用いるタッチスクリーンの断面図であり、同様の参照番号が、４つの図の中で同様の成分を参照する。図１１Ａを参照すれば、タッチスクリーンデバイス１７０は、通常ガラスまたはプラスチック材料、必要に応じて液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）１７２で作られたタッチセンサープレート１７４ を含み得る。その２つは、一緒に積層され、その間に開放領域１７６を規定するＥＡＰ厚みモード作動装置１８０により分かれて配置される。集団積層構造は、フレーム１７８により一緒に保持される。作動装置１８０には、電極対１８４ａ、１８４ｂにより 中央に挟まれた誘電フィルム層１８２により形成された変換器フィルムが含まれる。変換器フィルムは、順に、上部および下部パッシブ層１８６ａ、１８６ｂの間に挟まれ、タッチプレーと１７４およびＬＣＤ１７２にそれぞれ機械的に結合する出力構造１８８ａ、１８８ｂの間にさらに保持される。図１１Ａの右側は、作動装置が不活性の場合のＬＣＤおよびタッチプレートのそれぞれの位置を示すが、図１１Ａの左側は、作動装置が活性、すなわちユーザーが矢印１７５の芳香にタッチプレーと１７４を押し下げた場合のそれぞれの成分の位置を示す。図の左側から明らかであるように、作動装置１８０が活性化される場合、電極１８４ａ、１８４ｂは一緒に引っ張られ、その間の誘電フィルム１８２の一部を、活性領域の外側の誘電材料およびパッシブ層１８６ａ、１８６ｂにおける表面特徴を生じさせながら圧縮し、これにより、表面特徴が出力ブロック１８８ａ、１８８ｂにより生じる圧縮力によりさらに強化される。このように、表面特徴は、矢印１７５の反対の方向にタッチプレート１７４上に軽微な力を与え、これは、タッチプレートの押し下げに応じて触感をユーザーに与える。

図１１Ｂのタッチスクリーンデバイス１９０は、図１１Ａのものと同様の構造を有し、ＬＣＤ１７２が、長方形（または正方形など）に成形された厚みモード作動装置１８０により構成される内部領域内に完全に存在することが異なる。このように、ＬＣＤ１７２およびタッチプレート１７４の間の空間１７６は、デバイスが不活性状態（図の右側に示される）にある場合、図１１Ａの実施態様よりも顕著に狭く、これによって、より小さいプロファイル設計を提供する。さらに、作動装置の下部出力構造１８８ｂは、フレーム１７８の後壁１７８’上に直接配置する。２つの実施態様の間での構造的差異に拘わらず、デバイス１９０は、作動装置表面特徴が、タッチプレートの押し下げに応じて矢印１８５と反対方向に軽微な触覚力を供給する点でデバイス１７０と同様に働く。

記載の２つのタッチスクリーンデバイスは、単一方向に働くので単一相デバイスである。２つ（または２以上）の対象ガスケット型作動装置は、図１１Ｃの通り、縦に並べて用いて、２相（双方向）タッチスクリーンデバイス２００を生じさせ得る。デバイス２００の構造は、図１１Ｂのデバイスの構造と同様であるが、タッチプレート１７４上にある第２厚みモード作動装置１８０’が付加されている。２つの作動装置およびタッチプレート１７４は、内部に拡張する付加上部肩部分１７８’’を有するフレーム１７８により積層した関係で保持される。このように、タッチプレート１７４は、 作動装置１８０、１８０’それぞれの最内出力ブロック１８８ａ、１８８ｂ’間で直接挟まれるが、作動装置１８０’の最外出力ブロック１８８ｂ、１８８ａ’はそれぞれ、フレームメンバー１７８’および１７８’’を強化する。この封止されたガスケット配置は、塵および破片を、空間１７６内の光路に入らせない。ここでは、図の左側は、活性状態において下部作動装置１８０および不活性状態において上部作動装置１８０’を示し、センサープレート１７４は、ＬＣＤ１７２に対して矢印１９５の方向に動く。反対に、図の右側は、不活性状態において下部作動装置１８０および活性状態において作動装置１８０’を示し、センサープレート１７４は、ＬＣＤ１７２とは離れて矢印１９５’の方向に動く。

図１１Ｄは、他の２相タッチセンサーデバイス２１０を示すが、厚みモードストリップ作動装置１８０は、タッチセンサープレートに対して直交する電極と共に配置される。ここでは、２相またはタッチプレート１７４の双方向移動は、矢印２０５により示される通り平面である。このような平面の動きを可能とするために、作動装置１８０は、ＥＡＰフィルムの平面が、ＬＣＤ１７２およびタッチプレート１７４の平面と直交するように配置される。このような位置を維持するために、作動装置１８０は、フレーム１７８の側壁２０２とタッチプレート１７４が配置される内部フレームメンバー２０６との間で保持される。内部フレームメンバー２０６が、作動装置１８０の出力ブロック１８８ａに付加されるが、これとタッチプレート１７４は、平面または横移動を可能とする出力フレーム１７８に対して「浮遊」している。この構造は、比較的圧縮され、低プロファイル設計を提供し、別の方法でタッチプレート１７４により２相面外移動に必要な付加クリアランスを排除する。２つの作動装置は、２相移動について反対に働く。プレート１７４およびブラケット２０６の組み合わせたアセンブリは、作動装置ストリップ１８０をフレーム１７８の側壁２０２に対して僅かに圧縮する。１つの作動装置が活性である場合、作動装置は、圧縮されるかまたはさらに薄くなるが、他の作動装置は貯蔵圧縮力により広がる。プレートは、第１作動装置を非活性化し、第２作動装置を活性化することにより反対方向に動く。

対象変換器および作動装置はまた、流体（すなわち液体、ガスなど）制御およびバルブおよびポンプ機構を含む運動用途に有用である。図１２Ａおよび１２Ｂは、厚みモード作動装置２３２を用いる１方向ポペットバルブ機構２２０を示す。作動装置は、入口および出口２３６、２３８を有する流体チャンバー２３４内に配置される。作動装置２３２は、出力構造２４０は、出口２３８と連携するようにチャンバー２３４内にある。図１２Ａに示される通り、作動装置２３２が不活性状態にある場合、出力構造２４０は、弁座を規定する出口の開口部２３８’に対して強化される。このように、バルブは、通常閉じた配置を有する。図１２Ｂに示される通り、作動装置２３２の厚みモード操作は、活性化された場合、出力構造２４０を引いて弁座２３８’から離し、これにより、流体がチャンバー２３４内で出口２３８により出るのを可能にする。

図１２Ｃは、流体チャンバー２５４を有する２方向ポペットバルブ２５０を示し、２つの出口２５８ａ、２５８ｂは各開口部２５８ａ’、２５８ｂ’を有する。チャンバー内に含まれる作動装置機構２５２は、２つの活性化可能部分２５２ａ、２５２ｂを含み、それぞれ、出力構造２６０ａ、２６０ｂを有し、出口２５８ａ、２５８ｂと連携する。例示の実施態様では、作動装置部分２５２ａは、活性であるが、作動装置２５２ｂは、不活性であり、これにより、流体の流れは、２つの出口を通過する。しかしながら、両方の作動装置部分は、必要に応じて、縦に並んで、活性化され得る。バルブ２５０は、多くの出口作動装置組み合わせを有し得、作動装置機能は、示されているように、複数の活性化可能部分または複数の別個の作動装置を有する頑丈な構造により達成されることが認められる。個々の作動装置または作動装置部分は、出力流の任意の組み合わせが供給されるように縦に並んでいるか、または単独で活性化され得る。

対象作動装置はまた、ダイアフラム型ポンプでの使用に適している。 このようなダイアフラムポンプ２７０は、図１３Ａおよび１３Ｂに示され、流体チャンバー２７４は、入り口および出口２７６、２７８を有し、それにより流体流を制御するチェックバルブ機構を有する。 厚みモード作動装置２７２の出口２８０は、側壁２７２の間で、チャンバー２７４の上部終端にわたって広がるダイアフラム２８２の下面に取り付けられる。ダイアフラムは、曲がらないかまたは圧縮圧力化で伸びない、十分に固い物質、例えば繊維強化ゴム、硬質エラストマー、充填シリコーン、薄い金属膜などから作られる。 活性化および不活性化作動装置２７２は、入り口および出口を離れておよびそれらの方へダイアフラム２８２を動かす。ダイアフラム２７４が入出口の方に動く場合、図１３Ａに示されるように、正の圧力がチャンバー２７４に発生し、出口チェックバルブ２７８は、流体がチャンバーから使い尽くさせる。反対に、ダイアフラム２７４を入出口から動かす場合、図１３Ｂに示されるとおり、負の圧力がチャンバー２７４に生じ、入り口チェックバルブ２７８は、チャンバーへの流体吸入を生じさせながら開放する。

図１４Ａおよび１４Ｂは、厚みモード多重作動装置機構２７６を用いるほかのダイアフラム型ポンプを示す。作動装置は、３つの活性化可能部分２７６ａ〜ｃ（より多くてもより少なくてもよい）を有し 、外側の２つの部分２７６ａ、２７６ｃは、流体チャンバー２９２の入出口２７４ａ、２７４ｂに対して整列している。ダイアフラム２９８は、作動装置部の各出力構造３００ａ〜ｃに下面で結合している。チャンバー２９２から液体を排出するために、図１４Ａに示されるとおり、２９４ａ、２９４ｂのいずれかまたは両方を、外側の作動装置２９６ａ、２９６ｃを活性化することにより開放する。反対に、図１４Ｂに示されるように、中央作動装置２９６ｂを活性化しながら外側の作動装置を不活性化することは、次の排出ストロークのためのポンプを準備しながら両方のバルブポートを閉じる。ダイアフラムシート２９８は、ポペットバルブの封止を促進するように複数の物質を用い得、例えば膜は、バルブ領域を覆うゴムコーティングを有する金属箔からできていてよい。

本発明の多相線形作動装置機構はまた、図１５Ａおよび１５Ｂのポンプ３１０のような 蠕動ポンプでの使用に非常に適している。ポンプ３１０は、基部３１２ａおよび上部部分またはカバー３１２ｂを有するチャンバーまたは導管（これらは、任意の適用な断面形状、例えば円筒状、長方形、正方形などを有し得る）を含む。厚みモード作動装置機構３１８は、示されていた４つの活性化可能部分を有し、主力または構造３１４ａを取り付けることにより基部３１２ａからオフセットする。反対の出力構造３１４ｂは、ダイアフラム３１６の下面に結合する。構造３１４ａ、３１ｂのオフセットにより提供される空間は、不活性部分の厚みモード膨らみおよび作動装置ストリップ３１８の活性部分の圧縮 を可能とする。流体は、ダイアフラム３１６および上部カバー３１２ｂの間で、逐次的な活性化および作動装置３１８の種々の活性部分の不活性化により直線的な動きを生じさせる。流速は、活性部分のオン−オフ速度を制御することにより変化し得る。必要に応じて、固定ダイアフラム３２２は、上部カバー３１２ｂの下面に取り付けられて、２つのダイアフラム間で規定される経路を通過する流体流の動力を促進させ得るか、または使い捨て経路（作動装置およびハウジングは使い捨てではない）を供給し得る。

図１５Ｂは、ダイアフラムおよび図１５Ａのぜん動ポンプの上部出力構造が排除された単純化設計での他のぜん動ポンプ３３０を示す。このように、作動装置３１８の上部パッシブ層３２４は、前のダイアフラム３１６の機能を有し、流体は、パッシブ層および上部カバーまたは３１２ｂの間の空間３２６を通過する。

対象厚みモード作動装置はまた、ブレーキ／クラッチ用途に極めて有用である。図１６Ａおよび１６Ｂは、比例線形ブレーキ系３３０を示し、可動性部材３３２（例えば一般に知られている ロッドベアリング配置に用いるものなど）は、接地構造３３８およびブレーキ機構３３４の間の空間内で線形に変換可能である。ブレーキは、ハウジング３３２内に位置する厚みモード作動装置機構３３６を含み、これは接地されている。作動装置３３６は、部材３３２の表面領域に応じて１以上の活性領域（すなわち、２つの活性領域を用いる）およびその動きを止めるのに必要なブレーキ力を有し得る。最大ブレーキ力（ならびに最大クリアランス）について、活性領域の全ては同時に、活性化／不活性化される。不活性状態では、図１６Ａに示されるように、作動装置の出力プレート３４２は、閉じた位置または拡張位置にあり、これにより、接地パッド３３８に対して部材３３２を挟む。活性状態では、図１６ｂに示される通り、出力プレート３４２は、ハウジング３３４内で開放または後退し、部材３３２の線形移動のためのクリアランスを供給する。

図１７Ａおよび図１７Ｂは、ディスク要素３５２ａおよび軸シャフト３５２ｂを有する回転ディスク３５２を有する回転ブレーキ系３５０を示す。ブレーキ作動装置３５６ａ、３５６ｂは、ハウジング３５４内で積層関係において取り付けられる。ディスク３５２は、内部表面外側部材またはブレークまたはクラッチパッド３５８ａ、３５ｂ間の空間内に位置する。図１７Ａに示される通り、作動装置３５６ａ、３５６ｂが、不活性およびその最も高いプロファイルである場合、これらは、しっかりと締め付け、ディスク３５２の回転を停止させる。作動装置が、活性であり、圧縮状態にある場合、ディスク３５２は、外され、それにより動くことができる。ディスク３５２ａに適用されたブレーキ力の量は、２つの作動装置の１つまたは縦に並んだこれらの両方を減少した電圧で活性化して、その各出力配置を減らすことにより釣り合わせることができる。

これまでに記載した変換器／作動装置実施態様は、ＥＡＰ変換器フィルムの活性領域（すなわち、重複電極を含む領域）および不活性領域に結合したパッシブ層を有する。変換器／作動装置は、硬質出力構造を用いる場合、その構造は、活性領域より上に存在するパッシブ層の領域を越えて配置される。さらに、これらの実施態様の活性／活性可能領域は主として、不活性領域に関連して配置されている。本発明はまた、他の変換器／作動装置配置を含む。例えば、パッシブ層は、活性領域のみまたは不活性領域のみを覆い得る。さらに、ＥＡＰフィルムの不活性領域は、活性領域に主に配置され得る。

図１８Ａおよび１８Ｂは、不活性領域が、活性領域に対して内部にまたは中央に配置される上記の変形を示し、すなわち、ＥＡＰフィルムの中央部分は、重複電極を欠いている。厚みモード作動装置３６０は、電極層３６４ａ、３５４ｂの間に挟まれた誘電層３６２を含むＥＡＰ変換器フィルムを含み、フィルムの中央部分３６５は、不活性であり、電極材料を有さない。ＥＡＰフィルムは、カートリッジ配置を集合的に付与する少なくとも１つの上部および下部フレーム部材３６６ａ、３６６ｂにより緊張または伸長条件において保持される。フィルムのパッシブ部分３６５の上部および下部側の少なくとも１つを覆うことは、光学硬質制限またはそこに配置された出力部材３７０ａ、３７０ｂを有するパッシブ層３６８ａ、３６８ｂである。ＥＡＰフィルムをその周辺でフレーム３６６により制限し、活性化する場合（図１８Ｂ参照）、ＥＡＰフィルムの圧縮は、３６７ａ、３６７ｂにより示されるように、上記の作動装置実施態様として、フィルム材料を外側よりむしろ内側に退縮させる。圧縮ＥＡＰフィルムは、その直径を減らし、その高さを増やすパッシブ材料３６８ａ、３６８ｂ上で作用する。この配置における変化は、出力部材３７０ａ、力を３７０ｂ上で外側へ適用する。上記の作動装置態様として、受動的に結合したフィルム作動装置を、積層または平面関係において多重に付与して、多相作動を提供し、および／または作動装置の出力および／またはストロークを増加させる。

性能は、誘電フィルムおよび／またはパッシブ材料を予備緊張することにより強化し得る。作動装置は、キーまたはボタン装置として用い、センサーデバイス、例えば膜スイッチなどにより積層または一体化し得る。ボタン出力部材またはボタン電極は、 回路を完成させるのに十分な圧力を膜スイッチに供給するために用いてよく、またはボタン出力部材が導電性層を有する場合、回路を直接完成させてよい。多重作動装置は、キーパッドまたはキーボードなどの用途のためのアレイに用いることができる。

米国特許出願公開第２００５／０１５７８９３に開示の種々の誘電エラストマーおよび誘電材料は、本発明の厚みモード変換器での使用に適している。一般に、誘電エラストマーは、任意の実質的に断熱性の適合性ポリマー、例えシリコーンゴム、およびアクリル等を含み、これは、静電気力に応じて変形するか、または電場における変化により変形を生じさせる。適切なポリマー の設計または選択において、最適な材料、物理および化学特性を検討し得る。このような特性は、モノマー（任意の側鎖を含む）、添加剤、架橋度、結晶化度、分子量などの賢明な選択により、調整することができる。

そこに記載された、使用に適した電極としては、金属配線および電荷分布層を含む構造化電極、テクスチャード電極、導電性グリース、例えば炭素グリースまたは銀グリースなど、コロイダル懸濁液、高アスペクト比導電性材料、例えば導電性カーボンブラック、カーボン繊維、カーボンナノチューブ、グラフェンおよび金属ナノワイヤーおよびイオン導電性材料の混合物が挙げられる。電極は、適合材料、例えば炭素または他の導電性粒子を含有するエラストマーマトリックスなどから作られ得る。本発明はまた、金属および半非柔軟性電極を用い得る。

対象変換器に用いるためのパッシブ層材料の例として、これらに限定されないが、シリコーン、スチレンまたはオレフィンコポリマー、ポリウレタン、アクレート、ゴム、軟質ポリマー、軟質エラストマー（ゲル）、軟質ポリマーフォーム、または歩リアｍ−／ゲル混合物が挙げられる。パッシブ層および誘電層の関係のある弾性および厚みは、所望の出力（例えば目的とされる表面特徴のネット厚みまたは薄さ）を達成するために選択され、出力応答は、線形であるか（例えばパッシブ層厚みが、活性化される場合に誘電層の厚みに比例して強化される）、または非線形である（例えばパッシブおよび誘電層が、さまざまな速度でより薄くまたはより厚くなる）。

手順に関して、対象方法は、記載のデバイスの使用に関連する機構および／または活性のいずれも含み得る。このように、記載のデバイスの使用に対する黙示的手順は、本発明の一部を形成する。他の方法は、このようなデバイスの製造に焦点を合わせる。

本発明の他の詳細としては、配置に関する材料および代替物を、関連技術の当業者の水準内として用い得る。同じことが、共通してまたは論理的に用いられる更なる作用に関する本発明の方法系態様について当てはまる。さらに、本発明は、幾つかの例に関して種々の特徴を必要に応じて組み込みながら記載されるが、本発明は、本発明の各変形について考慮される通り、記載または示されたものに限定されない。種々の変更を、記載の本発明に加えることができ、同等物（本明細書に記載されているか幾つかの簡潔さのために含まれないかに拘わらず）に、本発明の精神および範囲から逸脱せずに置き換え得る。示された個々の部品または部品組み立て品の多くをその設計において統合し得る。このような変更または他の変更は、アセンブリのための設計の原則により行われるかまたは誘導され得る。

また、記載された本発明の変形の任意の特徴は、記載され、単独にまたは本明細書に記載の特徴の任意の１以上を組み合わせて特許請求され得ることが考慮される。単数の物品については、存在する同一の物品が複数である可能性が含まれる。より具体的には、本明細書に用いる通り、添付の請求項において、単一形態「一つの（ａ）」、「一つの（ａｎ）」、「前記」、および「該」は、特記のない限り、複数の指示対象を含む。言い換えれば、物品の使用は、上記の並びに以下の請求項における本発明の物品の「少なくとも１つの」について可能とする。さらなる注目点は、請求項は、任意の選択的要素を除くように選択され得る点である。このように、この記載は、請求項要素の記載または「消極的」制限の使用に関連して、「単なる」、「のみ」のような排他的専門用語の使用について先行詞として働くことが意図される。このような排他的専門用語を使用することなく、請求項における用語「含む」は、任意の追加的要素の包含（一定数の要素が請求項に列挙されるか、特徴の添加が、請求項に記載の要素の性質を変換するとみなされるかどうかに拘わらず）を可能とする。他に特記のない限り、本明細書に用いる全ての技術用語および科学用語は、請求項の有効性を維持しながら可能な限り広い共通に理解される意味を与える。

全体で、本発明の広さは、与えられる実施例により制限されることはない。以下のように特許請求する。
本発明の好ましい態様は、以下を包含する。
［１］ 薄い誘電エラストマー層を含む電気活性ポリマーフィルムであって、該誘電エラストマー層の一部が、第１電極および第２電極の間に挟まれ、電極の重複部分が、活性フィルム領域を定義し、フィルムの残りの部分が不活性フィルム領域を定義する電気活性ポリマーフィルム、
活性フィルム領域の少なくとも一部上に配置され、第１電極に電気的に結合された第１導電性層、および不活性フィルム領域の少なくとも一部上に配置され、第２電極へ電気的に結合された第２導電性層、および
少なくとも１つのパッシブポリマー層であって、該ポリマー層は、電気活性ポリマーフィルムの１つの側の少なくとも一部上に広がり、活性領域の活性化は、パッシブポリマー層の厚み寸法を変化させるパッシブポリマー層
を含む、変換器。
［２］ 第１電極を含む位置にて変換器により広がる第１導電性ビア、および第２電極を含む位置にて変換器により広がる第２導電性ビアをさらに含む［１］に記載の変換器。
［３］ パッシブポリマー層に取り付けられる少なくとも１つの硬質出力構造をさらに含む、［１］に記載の変換器。
［４］ 各パッシブポリマー層に取り付けられる硬質出力構造をさらに含む、［３］に記載の変換器。
［５］ ２つのパッシブポリマー層を、電気活性ポリマーフィルムの両側に含む、［１］に記載の変換器。
［６］ 変換器は、触覚フィードバックを供給するために用いられる、［１］に記載の変換器。
［７］ 触覚フィードバックは、タッチスクリーンデバイス、タッチパネル、ボタン、キーまたはポインティングデバイスに付与される、［６］に記載の変換器。
［８］ 変換器は、バルブ機構の開放および閉鎖を制御する、［１］に記載の変換器。
［９］ 変換器は、チャンバーによる流体の流れを制御する、［１］に記載の変換器。
［１０］ 変換器は、線形ブレーキ系を制御する、［１］に記載の変換器。
［１１］ 変換器は、回転ブレーキ系を制御する、［１］に記載の変換器。
［１２］ 活性領域は、不活性領域の中央にある、［１］に記載の変換器。
［１３］ パッシブ層は、活性領域および不活性領域上に広がる、［１２］に記載の変換器。
［１４］ 変換器は、触覚フィードバックを提供するために用いられる、［１２］に記載の変換器。
［１５］ 不活性領域は、活性領域の中心にある、［１］に記載の変換器。
［１６］ 変換器は、触覚フィードバックを提供するために用いられる、［１２］に記載の変換器。
［１７］ パッシブ層は、不活性領域上にのみ広がる、［１５］に記載の変換器。
［１８］ 電気活性ポリマーフィルムの少なくとも２つの積み重なった層であって、該電気活性ポリマーフィルムが薄い誘電エラストマー層を含み、誘電エラストマー層の一部が、第１電極および第２電極の間に挟まれ、電極の重複部分が、活性フィルム領域を定義し、フィルムの残りの部分が不活性フィルム領域を定義し、電気活性ポリマーフィルムの各層の活性フィルム領域が、積層配置にあり、および電気活性ポリマーフィルムの各層の活性フィルム領域が積層配置にある層、および
各電気活性ポリマーフィルムの不活性フィルム領域の少なくとも１部上に配置され、および第１電極へ電気的に結合された第１導電性層、および各電気活性ポリマーフィルムの不活性フィルム領域の少なくとも１部上に配置され、第２電極へ電気的に結合された第２導線性層
を含む、変換器アセンブリ。
［１９］ 電気活性ポリマーフィルムの各露出側上にパッシブポリマー層をさらに含み、活性領域の活性は、パッシブポリマー層の厚み寸法を変化させる、［１８］に記載の変換器アセンブリ。
［２０］ 第１電極を含む位置にて積層電気活性ポリマーフィルムにより広がる第１導電性ビア、および第２電極を含む位置にて積層電気活性ポリマーフィルムにより広がる第２導電性ビアをさらに含む、［１８］に記載の変換器アセンブリ。
［２１］ 電気活性ポリマーフィルムの少なくとも２つの積み重なった層であって、該電気活性ポリマーフィルムが薄い誘電エラストマー層を含み、誘電エラストマー層の一部が、第１電極および第２電極の間に挟まれ、電極の重複部分が、活性フィルム領域を定義し、フィルムの残りの部分が不活性フィルム領域を定義し、電気活性ポリマーフィルムの各層の活性フィルム領域が、積層配置にあり、および電気活性ポリマーフィルムの各層の活性フィルム領域が積層配置にある層、各電気活性ポリマーフィルムの不活性フィルム領域の少なくとも１部上に配置され、および第１電極へ電気的に結合された第１導電性層、および各電気活性ポリマーフィルムの不活性フィルム領域の少なくとも１部上に配置され、第２電極へ電気的に結合された第２導電性層、および少なくとも１つのパッシブポリマー層であって、該ポリマー層が、電気活性ポリマーフィルムの１つの側の少なくとも一部上に広がり、活性領域の活性化は、パッシブポリマー層の厚み寸法を変化させる層
を含む変換器を供給する工程、および
第１および第２導電性層をそれぞれ含む位置にて電気活性変換器により第１および第２ビアを形成する工程であって、該ビアに、少なくとも導電性層までの深さにまで穴を開ける工程、および
導電性物質でビアを充填する工程であって、該ビアを電源に電気的に結合する工程
を含む、変換器の製造方法。
［２２］ 充填ビアを非導電性物質により埋め込む工程をさらに含む、［２１］に記載の方法。
［２３］ 非導電性テープを充填ビア上に取り付ける工程をさらに含む、［２１］に記載の方法。
［２４］ 変換器を電源に結合した電気配線へ配置する工程をさらに含み、該ビアに、変換器の全厚みを通過して穴を開ける、［２１］に記載の方法。
［２５］ 導電性リード線を導電性物質中へ挿入する工程をさらに含む、［２１］に記載の方法。
［２６］ ビアを形成する工程は、ドリル法、押し抜き法、成形法、貫通法およびコアリング法により電気活性変換器に穴を開ける工程を含む、［２１］に記載の方法。
［２７］ 薄い誘電エラストマー層を含む電気活性ポリマーフィルムであって、誘電エラストマー層の一部が、第１電極および第２電極の間に挟まれ、電極の重複部分が、活性フィルム領域を定義し、フィルムの残りの部分が不活性フィルム領域を定義する電気活性ポリマーフィルム；各電気活性ポリマーフィルムの不活性フィルム領域の少なくとも１部分上に配置され、および第１電極へ電気的に結合された第１導電性層、および各電気活性ポリマーフィルムの不活性フィルム領域の少なくとも１部分上に配置され、第２電極へ電気的に結合された第２導電性層；および少なくとも１つのパッシブポリマー層であって、該ポリマー層が、電気活性ポリマーフィルムの片側上に広がり、活性領域の活性化は、パッシブポリマー層の厚み寸法を変化させる層
を含む変換器を供給する工程、および
貫通性位置を有する第１および第２導電性接点をそれぞれ、第１および第２導電性層を含む位置で変換器により、導電性層を貫通する深さへ駆動する工程
を含んでなる、変換器の製造方法。
［２８］ 変換器を、電源へ結合した電気配線へ取り付ける工程をさらに含み、導電性接点の露出端を電源へ電気的に結合する、［２７］に記載の方法。
［２９］ 誘電エラストマー層の一部が、第１電極および第２電極の間に挟まれ、電極それぞれが、互いに並置した対称配線パターンを含み、電極同格の領域が、活性であり、残りの領域が不活性であり、活性領域の活性化は、不活性領域の厚み寸法を増加させる、薄い誘電エラストマー層を含む電気活性ポリマーフィルム
を含む、変換器。
［３０］ 各配線パターンは、実質的に平行で、間隔を介する複数の配線を含む、［２９］に記載の変換器。
［３１］ 複数の配線は、同心パターンを形成する、［３０］に記載の変換器。
［３２］ 電極パターンは、ボタン作動装置に用いるための大きさである、［３１］に記載の変換器。
［３３］ 複数の配線は、新規な形状を形成する、［２９］に記載の変換器。
［３４］ 変換器は、ストリップ配置を有する、［２９］に記載の変換器。
［３５］ 変換器ストリップは、電気活性ポリマーフィルムの連続ストリップから単一化される、［３４］に記載の変換器。
［３６］ 電極パターンは、ストリップに沿って連続的である、［３５］に記載の変換器。
［３７］ 電極パターンは、不連続であり、およびストリップに沿って繰り返される、［３５］に記載の変換器。
［３８］ 変換器ストリップは、開放空間を構成する、［３４］に記載の変換器。
［３９］ 変換器は、ガスケット型作動装置を形成する、［３８］に記載の変換器。
［４０］ ガスケット型作動装置は、タッチスクリーンデバイスを作動するのに用いられる、［３９］に記載の変換器。
［４１］ ［３２］に記載の変換器のアレイ、および
該変換器のアレイ上に配置される少なくとも１つのユーザー接触表面
を含む触覚フィードバックを供給する、ユーザーインターフェースデバイス。
［４２］ ユーザーインターフェースデバイスは、キーパッドまたはキーボードである、［４１］に記載のユーザーインターフェースデバイス。
［４３］ ［１７］に記載の変換器のアレイ、および
該変換器のアレイ上に配置される少なくとも１つのユーザー接触表面
を含む触覚フィードバックを供給する、ユーザーインターフェースデバイス。
［４４］ ユーザーインターフェースデバイスは、キーパッドまたはキーボードである、［４３］に記載のユーザーインターフェースデバイス。

Claims (13)

1. 電気活性ポリマーフィルムの少なくとも２つの積み重なった層であって、各電気活性ポリマーフィルムが薄い誘電エラストマー層を含み、該誘電エラストマー層の一部が、第１電極および第２電極の間に挟まれ、電極の重複部分が、活性フィルム領域を定義し、フィルムの残りの部分が不活性フィルム領域を定義し、および電気活性ポリマーフィルムの各層の活性フィルム領域が積層配置にあり、および電気活性ポリマーフィルムの各層の不活性フィルム領域が積層配置にある層、
   不活性フィルム領域の少なくとも一部上に配置され、第１電極に電気的に結合された第１導電性層、および不活性フィルム領域の少なくとも一部上に配置され、第２電極へ電気的に結合された第２導電性層、および
   少なくとも１つのパッシブポリマー層であって、該ポリマー層は、電気活性ポリマーフィルムの１つの側の少なくとも一部上に広がり、活性領域の活性化は、パッシブポリマー層の厚み寸法を変化させるパッシブポリマー層
   を含み、第１電極を含む位置にて変換器により広がる第１導電性ビア、および第２電極を含む位置にて変換器により広がる第２導電性ビアをさらに含む、変換器。
2. パッシブポリマー層に取り付けられる少なくとも１つの硬質出力構造をさらに含む、請求項１に記載の変換器。
3. 各パッシブポリマー層に取り付けられる硬質出力構造をさらに含む、請求項２に記載の変換器。
4. ２つのパッシブポリマー層を、電気活性ポリマーフィルムの両側に含む、請求項１に記載の変換器。
5. 変換器は、触覚フィードバックを供給するために用いられる、請求項１に記載の変換器。
6. 触覚フィードバックは、タッチスクリーンデバイス、タッチパネル、ボタン、キーまたはポインティングデバイスに付与される、請求項５に記載の変換器。
7. 活性領域は、不活性領域の中央にある、請求項１に記載の変換器。
8. パッシブ層は、活性領域および不活性領域上に広がる、請求項７に記載の変換器。
9. 不活性領域は、活性領域の中心にある、請求項１に記載の変換器。
10. 電気活性ポリマーフィルムの少なくとも２つの積み重なった層であって、該電気活性ポリマーフィルムが薄い誘電エラストマー層を含み、誘電エラストマー層の一部が、第１電極および第２電極の間に挟まれ、電極の重複部分が、活性フィルム領域を定義し、フィルムの残りの部分が不活性フィルム領域を定義し、電気活性ポリマーフィルムの各層の活性フィルム領域が、積層配置にあり、および電気活性ポリマーフィルムの各層の不活性フィルム領域が積層配置にある層、
    不活性フィルム領域の少なくとも１部上に配置され、および第１電極へ電気的に結合された第１導電性層、および不活性フィルム領域の少なくとも１部上に配置され、第２電極へ電気的に結合された第２導電性層、および
    少なくとも１つのパッシブポリマー層であって、該ポリマー層が、電気活性ポリマーフィルムの１つの側の少なくとも一部上に広がり、活性領域の活性化は、パッシブポリマー層の厚み寸法を変化させる層
    を含む変換器を供給する工程、および
    第１および第２導電性層をそれぞれ含む位置にて電気活性変換器により第１および第２ビアを形成する工程であって、該ビアに、少なくとも導電性層までの深さにまで穴を開ける工程、および
    導電性物質でビアを充填する工程であって、該ビアを電源に電気的に結合する工程
    を含む、変換器の製造方法。
11. 充填ビアを非導電性物質により埋め込む工程をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 非導電性テープを充填ビア上に取り付ける工程をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
13. 導電性リード線を導電性物質中へ挿入する工程をさらに含む、請求項１０に記載の方法。

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