JP5842279B2 - 電気活性高分子アクチュエータ - Google Patents

Description

ここで開示される発明は、一般的に、電気活性高分子アクチュエータに関する。特に、本発明は、１つの多機能電極を含む非対称レイヤ構造を具備し、局部化された面外作動が可能なアクチュエータに関する。

また、本発明は、かかるアクチュエータを製造する方法に関する。

積層板（又は、サンドイッチ構造、又は、レイヤード材料）形状の誘電体アクチュエータは、急速に進化している技術分野に属している。単純な誘電体アクチュエータは、電気活性高分子（ＥＡＰ）層と静電力を印加するための電極対とを有し、これにより、接線（面内）方向及び／又は横断（面外）方向における高分子層の弾性変形を引き起こす。より高度な誘電体アクチュエータは、光反射層又は光反射防止層、テクスチャ強化層、導電層及び／又は熱伝導層などの機能的な追加層を含んでいてもよい。

印加された電場に誘電体アクチュエータが反応する態様は、不動態層の追加によって影響され得る。米国特許出願公開第２００８／０２８９９５２号として公開された出願は、１又は複数の不動態高分子層で被覆されたアクチュエータを有する積層板を開示している。不動態層は、アクチュエータによって不動態層に与えられたせん断力の作用下の作動場における変化に対して間接的に反応する。このため、本願の図１に示されるように、アクチュエータの電極Ｅ１，Ｅ２間の活性領域Ｄの膨張は、活性領域Ｄの境界に対応する隆起縁が積層板ＴＤＵの外部表面ＴＤＳ上に作り出されるように、不動態層ＰＬ１，ＰＬ２を引き伸ばす（ストレッチする）。（なお、電極Ｅ１，Ｅ２の大きさにおける目に見える違いは、当該タイプの全てのアクチュエータに対して共通する特徴ではないことに留意する。）上記ストレッチモードの動きを更に示すため、図２は、２つの電極２１０，２１１の間に配置されたＥＡＰ層２０２の上記部分の圧縮（ひいては圧縮に伴う平面の引き伸ばし）が、ポアソン効果によって、周囲の不動態層２０１，２０３の増幅された厚み収縮を、どのように引き起こすのかを示している。活性領域をより薄い形状に引き伸ばすことにより、隆起縁を作り出す材料が活性領域から供給されるため、かかる引き伸ばしは、全てのアプリケーションにおいて許容され得ない。

Koo, Jungらの「Development of soft-actuator-based wearable tactile display」（IEEE Trans. Robotics, vol. 24, no. 3 (June 2008), pp. 549-558）は、本願の図３によって示されるように、誘電体アクチュエータの一部がバックリング運動可能な誘電体アクチュエータを開示している。アクチュエータ３０２，３１０，３１１の活性領域３２０は、リジッド境界フレーム（図示省略）の内側に固定されるので、周囲の部分３２１と弾性接触しない。当該固定は、接線方向の膨張を制限し、代わりにアクチュエータを面外にたわませ、バックリングの好適な方向は、不動態層３０１の存在によって決定される。当該タイプのアクチュエータは、比較的大きいたわみ振幅を達成できる一方、一般的に、鋭い端部を作り出すことができないため、触覚アプリケーションにとっては理想的でない。さらに、バックリングモードのアクチュエータは、矩形又は丸みを帯びた形状などの対称的な形状で最も優れた性能を発揮することが分かっており、従って、不規則過ぎる電極形状とは相性がよくない。

本発明の目的は、これらの欠点を克服することであり、限られた範囲内でのみ面内において膨張しつつも比較的鋭い端部を作り出すための作動モードを有するアクチュエータを提供することである。また、第２の目的は、他の層を追加することなく、構造的に単純なアクチュエータによって上記目的を達成することである。さらに、他の目的は、かかるアクチュエータを製造するための効率的な方法を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、上記目的のうちの少なくとも１つが、電気活性高分子（ＥＡＰ）層と、ＥＡＰ層の第１の側に配置された伸縮性電極構造とを有するアクチュエータによって達成される。当該電極構造は、電極構造の弾性係数（又はヤング係数）が、ＥＡＰ層の弾性係数よりも小さい、又は、ＥＡＰ層の弾性係数とほぼ等しいという意味で伸縮性を有する（または、柔らかい）。当該電極構造は、ＥＡＰ層の第１の側を覆う必要はないが、格子状又は穴の開いた形状であってもよい。本発明によれば、アクチュエータは、ＥＡＰ層の第２の側に配置されたカウンター電極層を更に有する。当該カウンター電極層は、ＥＡＰ層よりも硬い。カウンター電極層の弾性係数は、ＥＡＰ層の弾性係数より少なくとも１０倍、好ましくは少なくとも５０倍、より好ましくは少なくとも１００倍、さらに好ましくは少なくとも２００倍、最も好ましくは少なくとも５００倍大きい。（異方性材料の場合、接線（面内）方向の変形に対する弾性係数は、最も関連のある弾性係数である。）

以下では活性領域と称されるＥＡＰ層に対して電極構造が電圧を印加すると、活性領域は、横断方向に縮み、活性領域が大きくなる傾向がある。カウンター電極層が伸縮性電極構造よりも硬いため、アクチュエータは、局部化された態様で変形するであろう。より正確には、当該変形は、活性領域及び当該活性領域のごく周辺に局部的に集中するため、当該領域の内部は、元の位置にほぼ平行な向きを保ちながら面外へシフトされる。活性領域の境界及び境界周辺の区域は、厚さ方向においてある程度延びており、一般的には、アクチュエータの面に対して非平行に配される。当該境界区域の曲げのおかげで、圧縮下のＥＡＰ層は、周囲の変形をほとんど伴わずに、平衡状態へ緩和され得る。このため、より硬いカウンター電極層のために、電場によって誘発されるサイズ膨張は、活性領域に実質的に局部化され、当該サイズ膨張の大部分は、ＥＡＰ層の面から外側へ向かう境界区域の膨張によって吸収される。以下ではダックモード変形と呼ばれる、当該態様で変形可能なアクチュエータを供給することによって、本発明は、第１及び第２の目的を果たす。

特別な理論モデルを受け入れない場合、この局部化された面外変形を促進するメカニズムの１つは、（全ての３次元方向における）マクスウェルの応力が活性領域において生じるが活性領域を越えては生じないという事実であると考えられている。従って、電極端部が明確に定められた場合、鋭い端部がより容易に現れる。ＥＡＰ層は、不動態層に隣接していない自由電極に向かってより容易に膨張し、従って、電場が印加される積層板の緩和形態の凸側上に位置されるであろう。

本発明の利点は、小さいエネルギー消費で、有意な垂直振幅（深いトポグラフィー）を作り出すことにある。これは、「ユーザ」側に厚み強化層を具備するストレッチモードのアクチュエータと比較して、より少量の材料が異動されるためである。これは、作動ストレッチモードのアクチュエータにおける厚み強化層が、緩和状態における厚みよりも小さい厚みを持つ形態へ変形されるという事実の結果である。強化層の両側は、互いに近づく。対照的に、本発明に従ったアクチュエータは、ほぼ単一の方向（横断方向）において境界区域を面外にシフトすることによってテクスチャ強化端部を作ることができるので、層の両側は互いにほぼ平行にずらされる。このため、本発明は、より低い局部的応力で動作しつつも、少なくとも触覚の観点から、比較に値するテクスチャ強化を達成するので、必要とされるピーク電圧が低くなり、ライフサイクルエネルギー消費が低減される。また、同一の電圧で、より大きな変形が達成され得る。

本発明の他の利点は、米国特許出願公開第２００８／０２８９９５２号で開示されたタイプのアクチュエータと比較して、予歪みが与えられた（pre-strained）アクチュエータ薄膜の使用が必須でないということである。これは、製造を単純化する。予歪みは、ダックモード変形よりむしろ、ストレッチモード変形及び付随する隆起縁の形成に有利に働く。例えば、予歪みは、活性領域の境界周囲のＥＡＰ層を厚くすることに寄与し得る。

さらに、他の利点は、接線（面内）方向において伸縮性を有する電極の使用が必須でないことであり、ダックモードでは、不動態層を接線方向に引き伸ばすことによってではなく、不動態層の一部が落ち込むことによって、端部が作られる。これは、設計者に対してより大きな自由度を提供する。特に、電極が安定して供給されるので、実質的に引き伸ばされない表面、反射面が、アクチュエータ上に直接的に配置され得る。

他の利点として、本発明は、１秒未満の切り替え時間を可能とする。ある例では、最大１０００Ｈｚの切り替え周波数が、実験的に測定された。

より小さい曲げ剛性、即ち、薄く、及び／又は、小さい剛性率を有する材料から作られたアクチュエータにとって、面内のサイズ膨張は、通常、より局部化される。この関係は、アクチュエータの全ての構成要素、とりわけ、アクチュエータ材料の所与の組み合わせにおいて、端部の鋭さに対して影響がしばしば大きい各電極層に当てはまる。

なお、カウンター電極層は、アクチュエータに特徴的な機械的特性を与える導電体及び硬化層として作用するなど多機能であり、これにより、アクチュエータ構造の小型化を促進することに留意すべきである。人間の指によって触れられた場合に、一般的には、べたべたする柔らかいＥＡＰ層を保護するためにも、カウンター電極層は役立つ。柔軟性電極は、より薄く、より柔らかく、常に硬いわけではないため、上記と同様の保護は、柔軟性電極によってはもたらされないであろう。

第２の態様では、本発明は、上記第１の態様に従ったアクチュエータを製造するための方法を提供する。当該方法によって、作り出されるアクチュエータは、概念的に、別個に作り出される２以上の副積層板へ分割される。各副積層板は、１又は複数の層を有し、直接製造によって、又は、作成済みの材料を得ることによって、できる限り並列な別個の手順で供給される。副積層板の準備後、副積層板は、アクチュエータを形成するために合わせられる。積層は、機械的圧縮、化学的接着、熱はんだ又は音響はんだ、（ファンデルワールス力などによる）表面の自発的な接着の使用、あるいは、当該技術において周知の他の積層方法などによって行なわれてもよい。本発明の第３の目的に関して、当該方法は、副積層板の少なくとも１つが、複数の接着された層を含み、熱処理された成分、熱硬化された組織、放射線添加剤又は化学添加物、一軸又は二軸方向に予め引き伸ばされた（pre-stretched）層、予め引き伸ばされた（pre-stretched）基板を被覆することによって製造された層、あるいは、時間のかかる態様で製造された又は汚染や熱損傷を回避するために少なくとも１つの他の製造ステップから物理的に分けて製造される必要のある他の任意の成分を有する場合、特に効率を改善する。

ある実施形態では、カウンター電極層の（接線）弾性係数は、ＥＡＰ層の弾性係数の少なくとも５０倍、例えば少なくとも１００倍、例えば少なくとも２００倍、例えば少なくとも５００倍の大きさである。

ある実施形態では、カウンター電極層の（接線）弾性係数と厚さとの積は、ＥＡＰ層（接線）弾性係数と厚さとの積の少なくとも２倍、例えば少なくとも１０倍、例えば少なくとも５０倍、例えば少なくとも１００倍の大きさである。ある材料にとって、柔軟性、伸縮性、剛性、及び、関連する機械的性質が、厚さと弾性係数との積ｄ×Ｙ（次元は、単位長さあたりの力）である剛性率の値によって、より正確に反映されることが分かっている。かかる材料にとって、カウンター電極層がＥＡＰ層よりも硬いということは、カウンター電極層がＥＡＰ層よりも大きい剛性率を持つ、即ち、ｄ_ｃ×Ｙ_ｃ＞ｄ_ＥＡＰ×Ｙ_ＥＡＰであるということと等価であろう。

ある実施形態では、カウンター電極層は、おおよそ、１．５μｍの厚さの材料層と約４ＧＰａの弾性係数との積である（接線方向の）剛性率を持つ。

ある実施形態では、アクチュエータは、前述の１つの伸縮性電極に加えて、全ての接線（面内）方向において機械的に一様（uniform）である１つのカウンター電極層を有する。これとは対照的に、可能なバックリングモードのアクチュエータは、一般的にはＥＡＰ層に取り付けられる、制約された接線方向の膨張性を具備する層を含む。当該制約は、表面に亘って変化する弾性特性によって、あるいは、材料中に配置された硬い又はリジッドな要素によって引き起こされる。これは、アクチュエータを所望のダックモードよりはむしろバックリングモードで変形させるため、本発明の実施形態は、一様なカウンター電極層を持つ。

ある実施形態では、アクチュエータ層内のＥＡＰ層は、３Ｍ（登録商標）のＶＨＢ（登録商標）テープなどのアクリル、ポリ［スチレン−ｂ−（エチレン−ｃｏ−ブチレン）−ｂ−スチレン］、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、及び、シリコンゴムなどのシリコンから選択される少なくとも１つの材料を含む組成を有する。

これらの材料は、ＥＡＰ材料として、実証済みの好適な特性を持つ。一例を挙げると、これらの材料は、０．５と等しいか、又は、０．５に近いポアソン比を持ち、これは、ほぼ非圧縮性の挙動を保証し、これにより、接線方向の収縮が幅方向の膨張とともに起こり、また、この逆も起こる。例として、これらの材料は、前述の実施形態における不動態層と組み合わせられた場合、ダックモードで振る舞うことが実験的に分かっている。

ある実施形態では、伸縮性電極構造は、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルホナート）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）などのポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）から選択される少なくとも１つの材料を含む組成を有する。

これらの層は、低い弾性スティフネスを持ち、一般的なＥＡＰ層とよく協調する。グラフェン、ＰＡＮＩ、ＰＥＤＯＴ、及び、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、（完全に透明である必要はないが）透明性が高く、又は、透明性が高い層として付与され、従って、光学（屈折）アプリケーションに適している。

ある実施形態では、カウンター電極層は、例えば、蒸着によって、金属で被覆された光反射面を有する。あるいは、カウンター電極層は、射粒子を含んだ材料などの、光反射材料で作られてもよい。当該実施形態では、カウンター電極層は、３つの目的を果たすので、アクチュエータ構造の単純化に好適に寄与する。カウンター電極層が透明材料で作られた場合、反射層が、内側へ対向している（即ち、ＥＡＰ層へ対向している）側、又は、外側へ対向している側のいずれかに配置されてもよい。上記反射面は、所定の波長範囲の電磁波を反射するように構成される。適切には、反射面は、測定又は画像化目的のために実質的に滑らかであるが、反射器が、ビーム操作、ビーム形成、熱放射の再方向付け、照明のための光集中などの目的で「非画像化光学系」として機能する場合、より簡単な表面仕上げが適当である。反射器の形状は、アクチュエータの電極間に印加される電圧を変えることによって調整可能であり、これは、かかる反射器が、幾つかの固定反射器と機能的に等価であることを意味する。特に、反射面の角度は、反射光線の形状（特に、反射光線の伝搬方向）が制御可能であるように調整され得る。この種類の調整可能な反射器は、例えば、球面又はパラボラ面などの凹面形状の上部表面を形成している、既に緩和状態にある曲線形を有していてもよい。

上記実施形態の更なる発展形では、光反射面が、外側へ対向している側、従って、全体としてアクチュエータの外側上に設けられる。かかる構造の利点は、光が反射前後でカウンター電極材料を通じて伝搬しないということであり、さもなければ、色ずれ、一般減衰、又は、他の望ましくない変化を示すことがある。

代替案として、反射層は、内側、つまり、ＥＡＰ層に対向している側に配置される。反射層がカウンター電極の単なる導電層であって、透明層が電気的に絶縁している場合、透明層は、ユーザの保護するものとして作用し得る。

ある実施形態では、カウンター電極層は、重合体である。カウンター電極層は、金属化されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの、金属化されたポリエステル薄膜であってもよい。特に、アルミニウム被覆されたMylar（登録商標）又はSteinerfilmが使用され得る。適切には、金属被覆は、薄く、及び／又は、カウンター電極層と機械的に似ているので、カウンター電極層の機械的特性に対して制限された影響を持つ。例えば、反射層は、ダックモードの挙動を制限しないように、曲げられる程度に柔軟である。

ある実施形態では、カウンター電極層は、比較的薄い。これは、十分なコンプライアンスを保証するので、例えば、活性電極領域の境界において現れる鋭い端部が、アクチュエータの表面において形成されることを可能とする。カウンター電極の材料選択は、好ましくは、カウンター電極層の所望の厚さに合わせられるので、適切な（接線方向）スティフネスが達成される。特に、厚みは、最大でも１０μｍであってもよい。好ましくは、最大でも５μｍ、最も好ましくは、最大でも２μｍである。

ある実施形態では、本発明のアクチュエータは、電気活性高分子層の、伸縮性電極構造が配置される側、即ち、隆起又は触覚構造が作り出される表面から離れる側に配置された不動態層を更に有する。実際、不動態層は、主に、アクチュエータを基板に固定するための支持層を形成することを目的としている。実用的には、基板は、リジッドであるとみなされ得る。ほとんどの実施形態では、基板は、テクスチャ強化層又は厚み強化層を目的としていない。上記基板は、例えば、アクチュエータが入力又は出力デバイスとして機能する装置の筐体の一部などの剛体面であってもよい。当該構造を有する場合、明らかに、カウンター電極層は、アクチュエータの外面をなお形成し、これにより、柔らかい層を接触から保護する。

支持層及び／又はマウント層としての目的を果たすため、不動態層は、印加された電場に応じたアクチュエータの動きを邪魔しないように、好ましくはとても柔らかい。特に、不動態層は、軟質エラストマー及び／又は柔らかい発泡体を有していてもよい。

好ましくは、不動態層の厚さは、ＥＡＰ層の厚さより大きいか、又は、ほぼ等しい。これは、同じ大きさの変形が不動態層の局所的弾力性にほとんど影響しないので、特に、柔らかい不動態層が使用される場合に有利である。

ある実施形態では、不動態層は、少なくとも全ての接線方向において、機械的に一様である。膨張能力を抑制するために、可能なバックリングモードのアクチュエータの一部をしばしば形成する一様でない不動態層とは異なり、かかる一様な不動態層は、ダックモードにおける動きを促進する。

ある実施形態では、不動態層は、固体であり、柔らかい発泡材料で作られる。

ある実施形態では、非固体の不動態層が、支持層として機能する。例えば、当該支持層は、アクチュエータの両端部のみに配置されてもよく、この場合、アクチュエータは、両端部の間で自由にぶら下がる。代替案としては、不動態層は、活性領域にキャビティ（横断方向に延在するスルーホール）を含んで、アクチュエータの下に配置され、これにより、変形が生じ得る。当該態様で配置された非固体の不動態層は、アクチュエータの変形能力に対して最小限の干渉を与えつつ、支持を提供する。

なお、本発明は、請求項に記載の特徴の全ての可能な組み合わせに関することに留意すべきである。

本発明の、この態様及び他の態様が、本発明の実施形態を示す添付の図面を参照して、より詳細に説明されるであろう。
図１は、ストレッチモードでの動きのための、不動態層を具備する可能なアクチュエータを示している。 図２は、ストレッチモードでの動きのための、不動態層を具備する可能なアクチュエータを示している。 図３は、バックリングモードでの動きのための、予歪みを与えられた接線方向に膨張可能な一部と不動態層とを具備する可能なアクチュエータを示している。 図４は、休止モードにおける本発明の実施形態に従ったアクチュエータを示している。 図５は、作動モードにおける図４のアクチュエータを示している。 図６は、本発明の実施形態に従った、不動態層を含むアクチュエータを示している。 図面は、一般的に、正確な縮尺でないことが指摘される。他に指定のない限り、図面上の上方向及び下方向は、重力場の向きに対応する必要はない。

図４は、本発明の実施形態に従ったアクチュエータの断面図である。電気活性高分子（ＥＡＰ）層４０２の一方の側に、前述した特性を有する、伸縮性電極構造４０３が配置されている。当該構造４０３は、図では、ＥＡＰ層４０２の上側を覆う固体層として示されているが、細長いタブが交差している格子、又は、低い全体の弾性スティフネスと印加された電場の適正な（接線方向の）一様性とを統合するために適切に選択された総密度を有する舌などの透かし構造として実現されてもよい。伸縮性電極構造のための適切な材料が、上記に例示されている。アクチュエータは、ＥＡＰ層４０２に固定されたカウンター電極層４０１を更に有する。カウンター電極層４０１は、導電性を有し、主に、少なくとも接線（面内）方向において伸縮性電極構造４０３よりも極めて硬い点で、伸縮性電極構造４０３とは異なる。カウンター電極材料の機械的性質の選択の基準は、既述のとおりである。例えば、ＥＡＰ層の弾性係数が１０ｋＰａから５ＭＰａまでの範囲にあってもよい一方、カウンター電極の弾性係数は、１ＧＰａより大きくてもよく、適切には約４ＧＰａである。電源ユニット４１０と協働して、伸縮性電極構造４０３及びカウンター電極層４０１は、ＥＡＰ層４０２に電場を印加することが可能である。さらに、図４に示されているように、各電極４０１，４０３は、領域を電源ユニット４１０内の電圧源４１２に接続するための各スイッチ４１１，４１３を用いることで選択され得る複数のオプション領域にセグメント化されている。

図５は、ゼロでない電場がＥＡＰ層４０２を薄い形状、且つ、非圧縮性により、より大きな表面領域に変形させる作動モードにおける図４のアクチュエータを示している。アクチュエータは、図示される形状へ緩和され、ここで、表面領域の増大の一部が、選択された活性領域がＥＡＰ層４０２の平面から外側へ向かって延び、これによって活性領域周辺の面内膨張を制限するという事実によって吸収される。電圧が印加される活性領域の境界区域に沿って比較的鋭い角が目立つ。これらの角は、アクチュエータの表面上部に型押し模様（エンボスパターン）を生じさせる。

図４及び図５に示されたアクチュエータを製造するため、以下に与えられる例、又は、可能な変形例に従った手順が実施されてもよい。

図６は、アクチュエータの断面図である。当該アクチュエータは、カウンター電極層６０１と、厚さｄ_ＥＡＰのＥＡＰ層６０２と、伸縮性電極構造６０３とを含む。当該アクチュエータは、アクチュエータの伸縮性電極側に固定され、厚みｄ_ｐを持つ、不動態層６０４を更に有する。たとえ不動態層６０４が、当該図面のアクチュエータの上側に配置された基板（図示省略）に取り付けられたとしても、アクチュエータが制限されない態様で変形できるようにするために、不動態層６０４は、好ましくは、ＥＡＰ層６０２よりも幾らか厚い。実際、アクチュエータと基板との間の不動態層６０４の横断方向の大きな圧縮において、不動態層６０４は、アクチュエータに対してかなりの反力を局所的に与え得るため、中立的及び一様な形でアクチュエータを支持するという目的からは逸脱する。

図６に示されたアクチュエータは、（例えば、金属化された）反射又は反射防止カウンター電極層を有する、図４のアクチュエータと同様の方法で製造され得る。不動態層６０４は、化学物質、放射線、熱処理、又は、アクチュエータに対して潜在的に害のある他の処理を含まない限り、伸縮性電極構造６０３の上に直接的に配置及び硬化される。代替案としては、不動態層６０４は、別個のプロセスで製造され、次いで、アクチュエータに接着される。この方法は、製造に必要な時間を減らし、既に最終処理された積層板の層に対する汚染及び損傷を制限する点で有利である。

不動態層６０４は、一般的に、ＥＡＰ層６０２と同じ材料又は同様の材料を含む。好ましくは、不動態層６０４は、ＥＡＰ層６０２と同じくらい柔らかいか、ＥＡＰ層６０２よりも柔らかい。不動態層６０４は、例えば、Silastic（登録商標）などの軟質エラストマーで作られてもよい。不動態層材料を選択する場合、所与の基板に対する接着能力についても考慮され得る。

図では象徴的に固形物として示したが、不動態層６０４は、１又は複数のキャビティを有していてもよい。一例として、キャビティは、各活性領域（又は、それぞれ個別に動作する電極部分）に隣接して設けられてもよい。このため、アクチュエータが水平位置に配備された特別な場合では、各活性領域の直上又は直下にキャビティがある。他の例としては、１つのキャビティが、全ての活性領域に亘って延在していてもよく、結果、アクチュエータは、両端において主に支持（保持）される。支持層６０４がキャビティを有する場合、当該支持層６０４がアクチュエータに固定される前に、各電極の活性領域に位置合わせされるのが好ましい。

本発明は、適応的な光学系、とりわけ適応的な照明アプリケーションに適用されることが期待される。例えば、照明器具は、放射される光が空間的に再方向付けされることを可能とするアダプティブミラーを備えていてもよい。透明電極及びＥＡＰ材料が選択される場合、本発明は、調整可能な屈折素子としても実現され得る。さらに、アクチュエータの上部層は、隆起したボタンのトポグラフィーを有するタッチスクリーンなどの、ユーザとの相互作用のための触覚表面を実現するために使用され得る。

当該技術の当業者は、本発明が、上記の好適な実施形態に決して限定されないことを理解する。一方、多くの修正及び変形が、添付の請求項の範囲内で可能である。例えば、本願に開示された実施形態は、材料を置き換えることによって、又は、他の層を加えることによって変形されてもよく、当該変形によっても、新しい構造の非対称性のおかげで、電圧を印加された場合、ダックモードのような挙動を示し得る。

（例）

これに限定されることはないが、本発明は、図４及び図５に示されるタイプのアクチュエータに関する例によって示されるであろう。

８０μｍのNusil（登録商標）ＣＦ１９−２１８６の形でＥＡＰ薄膜が、Teflon（登録商標）板などの適切な表面上に、ドクターブレード被覆によって作られる。炉内での処理後、良質な誘電体アクチュエーション薄膜が得られた。次に、伸縮性電極が、上記誘電体薄膜の一方の側に配置された。本願の目的上、「柔軟性」は、機械的破壊又は導電性損失などの有意な材料破壊なしに、長さ方向において有意に変化できることを特に意味する。本例では、伸縮性電極が、カーボンブラックで作られた。上記誘電体薄膜の他方の側に、アルミニウム被覆された１．５μｍの厚さのMylarフォイルが、カウンター電極及び反射面として機能すべく配置（被覆）された。Mylarフォイルは、より中性な反射を与えるため、外側の反射面に付与され、外側の反射面は、Mylar薄膜の光学的特性によって影響されない。

上記の例に従ったアクチュエータは、ＰＥＴ薄膜が導入されたシステムの非対称性によって引き起こされると考えられる、ダックモードで動作した。電場が印加された活性領域では、ＰＥＴ薄膜は、よく定義された領域で、アクチュエータ平面の下へ落ち込む。特に、グリッド形状の非固体の伸縮性電極の場合、電場は、各側の電極構造が重なる、グリッドを形成するストライプの下で最も強くなる。これらの高い電界強度の領域では、最大３０μｍの高低差及び急で局所的な曲げ角度が、光プローブを用いて測定された。グリッドのストライプがまばらな態様で配置された場合、アクチュエータを変形させるのに十分な強さでない局所的な電場を有する中間領域が現れる。電場が、接線座標に関して連続的に変化することが予期されるとしても、アクチュエーション閾値より小さい電場を具備する上記中間領域は、一般的に、明確に区別されない。

上記の例は、以下の点について変形されてもよい。

・ＥＡＰ層の厚さ：１０μｍから１５０μｍまでの範囲であってもよい。

・ＥＡＰ材料の選択：一般的には柔らかい誘電体エラストマーが使用され、Nusilの代替材料としては、（３Ｍ（登録商標）のＶＨＢ（登録商標）４９０５又は４９１０などの）アクリル、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、及び、（Wacker（登録商標）のElastosil（登録商標）ＲＴ６２５、Dow CorningのＷＬ３０１０、ＷＬ５３３１、ＨＳ３、Sylgard（登録商標）１８６、１８４などの）幾つかのシリコンゴムがある。

・伸縮性電極材料の選択：代替材料としては、ＰＥＤＯＴ又はカーボンナノチューブが含まれる。

・カウンター電極材料の選択：製品として購入された、又は、別個の、可能であれば並列な、プロセスで作り出された、Steinerfilm又は幾つかの他のＰＥＴ薄膜によって置き換えられてもよい。

Claims (14)

1. 電気活性高分子層と、
   前記電気活性高分子層の第１の側に配置された伸縮性電極構造と、
   前記電気活性高分子層の第２の側に配置されたカウンター電極層と、
   前記電気活性高分子層の前記第１の側に固定された不動態層であって、前記アクチュエータを基板に固定するための支持層を形成する不動態層と、を有し、
   前記伸縮性電極構造は、前記電気活性高分子層の接線弾性係数Ｙ_ＥＡＰよりも小さいか、又は、ほぼ等しい接線弾性係数Ｙ_ｅｌを持ち、
   前記カウンター電極層の接線弾性係数Ｙ_ｃと前記電気活性高分子層の接線弾性係数Ｙ_ＥＡＰとの比Ｙ_ｃ／Ｙ_ＥＡＰは、少なくとも１０である、アクチュエータ。
2. 前記カウンター電極層は、全ての接線方向において機械的に一様である、請求項１記載のアクチュエータ。
3. 前記電気活性高分子層は、アクリル、ポリ［スチレン−ｂ−（エチレン−ｃｏ−ブチレン）−ｂ−スチレン］、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、及び、シリコンを含むグループから選択される材料を有する、請求項１記載のアクチュエータ。
4. 前記伸縮性電極構造は、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、ポリアニリン、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）を含むグループから選択される材料を有する、請求項１記載のアクチュエータ。
5. 前記カウンター電極層は、光反射面を有する、請求項１記載のアクチュエータ。
6. 前記カウンター電極層の前記光反射面は、前記アクチュエータの外面である、請求項５記載のアクチュエータ。
7. 前記カウンター電極層は、金属化された高分子薄膜を有する、請求項１記載のアクチュエータ。
8. 前記カウンター電極層の厚さは、最大でも１０μｍである、請求項１記載のアクチュエータ。
9. 前記不動態層は、全ての接線方向において機械的に一様である、請求項１記載のアクチュエータ。
10. 前記不動態層は、少なくとも１つのキャビティを含む、請求項１記載のアクチュエータ。
11. 前記不動態層の厚さは、前記電気活性高分子層の厚さより大きいか、又は、ほぼ等しい、請求項１記載のアクチュエータ。
12. 前記不動態層は、軟質エラストマーを有する、請求項１記載のアクチュエータ。
13. 前記カウンター電極層は、前記アクチュエータの外面を形成する、請求項１記載のアクチュエータ。
14. 請求項１記載のアクチュエータを製造する方法であって、
    複数の副積層板への前記アクチュエータの分割を定めるステップと、
    少なくとも１つが硬化重合体を有する前記複数の副積層板を供給するステップと、
    前記アクチュエータを形成するために、前記複数の副積層板を合わせるステップと、を有する、方法。

Images