(57)【要約】  カメラダイアフラムおよびレンズを含む各種用途に使用される、電気活性高分子アクチュエータ（10）について示した。アクチュエータ（10）は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、ある実施例では、少なくとも2つの可撓性電極（15，25）；実質的に一定の厚さを有する透明弾性非導電性材料（20）であって、高分子に印加された電場に応答して、前記厚さと直交する第1の方向に圧縮されるように配置された透明弾性非導電性材料（20）；および前記少なくとも2つの電極（15，25）および前記弾性非導電性材料（20）に結合されたフレームであって、外側フレームは、高分子に印加された電場に応答した、前記第1の方向とは反対の第2の方向の膨脹を実質的に防止するフレーム；を有する。
2009520457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギーを機械エネルギーに変換する、電気活性高分子アクチュエータであって、
少なくとも2つの可撓性電極と、
実質的に一定の厚さを有する、透明、弾性非導電性材料であって、該弾性非導電性材料に印加された電場に応答して、前記厚さと直交する第1の方向に圧縮されるように配置された弾性非導電性材料と、
前記少なくとも2つの電極および前記弾性非導電性材料に結合されたフレームであって、前記弾性非導電性材料に印加された電場に応答した、前記第1の方向とは反対の第2の方向の膨脹を実質的に防止するフレームと、
を有する電気活性高分子アクチュエータ。
【請求項２】
前記弾性非導電性材料は、高分子であることを特徴とする請求項1に記載の電気活性高分子アクチュエータ。
【請求項３】
前記少なくとも2つの可撓性電極は、それぞれ、複数のセグメントで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の電気活性高分子アクチュエータ。
【請求項４】
前記フレームは、前記少なくとも2つの電極と、前記弾性非導電性材料との端部に結合されることを特徴とする請求項1に記載の電気活性高分子アクチュエータ。
【請求項５】
さらに、前記少なくとも2つの可撓性電極の間に電圧を印加し、前記弾性非導電性材料の前記第1の方向に、前記圧縮を生じさせる電圧印加手段を有することを特徴とする請求項1に記載の電気活性高分子アクチュエータ。
【請求項６】
前記電圧印加手段は、直流（DC）および交流（AC）の電圧源のうちの一つであることを特徴とする請求項3に記載の電気活性高分子アクチュエータ。
【請求項７】
前記フレームは、環状フレームであることを特徴とする請求項3に記載の電気活性高分子アクチュエータ。
【請求項８】
電気活性高分子アクチュエータを製作する方法であって、
透明弾性非導電性材料の上側表面に、第1の中央領域を除くリング状パターンで、不透明可撓性電極を形成するステップと、
前記透明弾性非導電性材料の下側表面に、前記第1の中央領域と同心円状に配置された第2の中央領域を除くリング状パターンで、不透明可撓性電極を形成するステップと、
を有する方法。
【請求項９】
さらに、前記弾性非導電性材料を予め緊張させ、予備緊張された弾性非導電性材料を形成するステップを有することを特徴とする請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
前記弾性非導電性材料の前記上側および下側表面に、前記不透明可撓性電極を形成するステップは、可撓性導電性材料を用いて、前記弾性非導電性材料の前記上側および下側表面に、前記不透明可撓性電極を、刷毛塗り処理、コーティング処理、またはスプレー処理するステップを有することを特徴とする請求項8に記載の方法。
【請求項１１】
前記弾性非導電性材料は、高分子であることを特徴とする請求項8に記載の方法。
【請求項１２】
カメラダイアフラムの絞り直径構造であって、
それぞれ、透明弾性非導電性材料の上側および下側表面に形成された、少なくとも2つの可撓性不透明電極であって、
前記透明弾性非導電性材料は、実質的に一定の厚さを有し、前記透明弾性非導電性材料は、印加電場に応答して、前記透明弾性非導電性材料が前記厚さと直交する第1の方向に圧縮するように配置された、可撓性不透明電極と、
前記少なくとも2つの電極および前記弾性非導電性材料に結合されたフレームであって、前記透明弾性非導電性材料に印加された電場に応答した、前記第1の方向とは反対の第2の方向の膨脹を実質的に防止するフレームと、
を有する絞り直径構造。
【請求項１３】
前記透明弾性非導電性材料は、高分子であることを特徴とする請求項12に記載の絞り直径構造。
【請求項１４】
前記フレームは、前記少なくとも2つの電極と、前記透明弾性非導電性材料との端部に結合されることを特徴とする請求項12に記載の絞り直径構造。
【請求項１５】
前記電気活性高分子アクチュエータは、電圧源により活性化されることを特徴とする請求項12に記載の絞り直径構造。
【請求項１６】
前記電圧源は、直流（DC）および交流（AC）の電圧源のうちの一つであることを特徴とする請求項15に記載の絞り直径構造。
【請求項１７】
前記フレームは、環状であることを特徴とする請求項12に記載の絞り直径構造。
【請求項１８】
カメラダイアフラムの絞り直径構造であって、
それぞれ、透明弾性非導電性材料の上側および下側表面に形成された、少なくとも2つの可撓性電極であって、
前記透明弾性非導電性材料は、実質的に一定の厚さを有し、中空の中央領域により、絞り直径が形成され、前記透明弾性非導電性材料は、該透明弾性非導電性材料が、印加電場に応答して、前記厚さと直交する第1の方向に圧縮するように配置され、これにより前記絞り直径の直径が変化する、可撓性電極と、
前記少なくとも2つの電極および前記透明弾性非導電性材料に結合されたフレームであって、前記電場に応答した、前記第1の方向とは反対の第2の方向の膨脹を実質的に防止するフレームと、
を有する絞り直径構造。
【請求項１９】
前記フレームは、前記少なくとも2つの電極と、前記弾性非導電性材料との端部に結合されることを特徴とする請求項18に記載の絞り直径構造。
【請求項２０】
前記電気活性高分子アクチュエータは、電圧源により活性化されることを特徴とする請求項18に記載の絞り直径構造。
【請求項２１】
前記電圧源は、直流（DC）および交流（AC）の電圧源のうちの一つであることを特徴とする請求項20に記載の絞り直径構造。
【請求項２２】
前記フレームは、環状であることを特徴とする請求項18に記載の絞り直径構造。
【請求項２３】
電気エネルギーを機械エネルギーに変換する機械システムであって、
少なくとも2つのアクチュエータを有し、
各アクチュエータは、さらに
少なくとも2つの可撓性電極と、
実質的に一定の厚さを有する弾性非導電性材料であって、前記厚さと直交する第1の方向に、前記弾性非導電性材料の中央に配置された孔を有し、前記弾性非導電性材料に印加された電場に応答して、前記厚さと直交する第1の方向に圧縮されるように配置された、弾性非導電性材料と、
前記少なくとも2つの電極および前記弾性非導電性材料の外側端部に結合された環状外側フレームであって、前記弾性非導電性材料に印加された電場に応答した、前記厚さと直交する前記第1の方向とは反対の第2の方向の膨脹を実質的に防止する環状外側フレームと、
前記孔の周囲に強固に取り付けられた環状内側フレームであって、前記少なくとも2つの電極および前記弾性非導電性材料の内側端部に結合された環状内側フレームと、
を有し、
前記少なくとも2つのアクチュエータのうちの第1のアクチュエータは、管状部材により、前記少なくとも2つのアクチュエータのうちの第2のアクチュエータに結合されることを特徴とする機械システム。
【請求項２４】
前記内側フレームは、環状であることを特徴とする請求項23に記載の機械システム。
【請求項２５】
前記管状部材は、前記少なくとも2つのアクチュエータのそれぞれの内側フレームを一体化することにより形成されることを特徴とする請求項23に記載の機械システム。
【請求項２６】
前記管状部材は、中空円筒管であることを特徴とする請求項23に記載の機械システム。
【請求項２７】
前記結合されたアクチュエータは、（a）前記第1のアクチュエータ、（b）前記第2のアクチュエータ、（c）前記第1および第2のアクチュエータ、のいずれかに電圧を印加することにより、活性化されることを特徴とする請求項23に記載の機械システム。
【請求項２８】
前記内側フレームの一つに、質量およびスプリングのうちの一つが取り付けられ、所望の方向の前記高分子の変形が確保されることを特徴とする請求項23に記載の機械システム。
【請求項２９】
レンズ位置決めシステムであって、
2つの結合された電気活性高分子アクチュエータを有し、
少なくとも2つのアクチュエータは、さらに、
少なくとも2つの可撓性電極と、
実質的に一定の厚さを有する弾性非導電性材料であって、該弾性非導電性材料には、該弾性非導電性材料の前記厚さと直交する第1の方向の中央に、中空領域が配置され、前記弾性非導電性材料は、該弾性非導電性材料が、印加電場に応答して、前記弾性非導電性材料の前記厚さと直交する第1の方向に圧縮されるように配置された、弾性非導電性材料と、
前記少なくとも2つの電極および前記弾性非導電性材料の外側端部に結合された外側フレームであって、前記電場に応答した、前記第1の方向とは反対の第2の方向の膨脹を実質的に防止する外側フレームと、
前記中空領域の周囲に、強固に取り付けられた内側フレームであって、前記少なくとも2つの電極および前記弾性非導電性材料の内側端部に結合された内側フレームと、
前記第1のアクチュエータの前記内側フレームを、第1の界面で、前記第2のアクチュエータの前記内側フレームに結合する中空円筒管と、
第2の界面で、前記少なくとも2つの可撓性電極のうちの一つの前記内側フレームに取り付けられたレンズと、
を有する、レンズ位置決めシステム。
【請求項３０】
前記弾性非導電性材料は、高分子であることを特徴とする請求項29に記載のレンズ位置決めシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般に、電気エネルギーと機械エネルギーの間で変換を行う電気活性高分子に関する。本発明は、特に、電気活性高分子およびその各種用途への使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの用途において、電気エネルギーと機械エネルギーの間で変換を行うことが望ましい場合がある。そのような用途の例には、例えば、ロボット類、ポンプ、スピーカ、ディスクドライブ、およびカメラレンズが含まれる。これらの用途は、1または2以上のアクチュエータを含み、これらのアクチュエータは、巨視的レベルまたは微視的レベルで、電気エネルギーを機械的な仕事に変換する。良く知られているように、アクチュエータは、制御ループにおいて、センサの相手部材であり、電気的または熱的なエネルギーを機械的な仕事に変換する。
【０００３】
従来の電気アクチュエータ技術には、多くの問題がある。カメラレンズの作動装置の場合、その装置は、機械的に複雑であり、位置が可変の、比較的大きなダイアフラムまたはレンズを含む。機械的な複雑さは、装置の不具合発生の感度を高める。
【０００４】
ある種の高分子は、ある刺激条件下で形状が変化し得るという原理に基づく、各種電気機械式アクチュエータが、ここ数十年にわたって研究されている。この研究は、Yoseph  Bar-Cohenの「人工筋肉としての電気活性高分子（EAP）アクチュエータ：実現性、可能性および課題」という題目の書籍（SPIEプレス、2001年1月）により体系化されている。電気活性高分子（EAP）とは、その形状または機械的な特性の変化により動きが生じる、前途が有望な種類のアクチュエータを表し、これにより、機械的に複雑で、重厚な従来の電気アクチュエータ技術に関連する問題が排除される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の電気機械式アクチュエータに関する、前述のおよび他の課題と欠点のため、活性化された高分子および活性化高分子系アクチュエータの利点をより完全に実現する機器に関する要望が残っている。
【０００６】
前述の課題に鑑み、本発明の関心は、電気活性効果を用いて、装置の応答速度および作動信頼性を改善する機能を有する電気活性高分子アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ある態様では、本発明は、電気エネルギーと機械エネルギーの間で変換を行う高分子に関する。予め緊張させた高分子と接触する電極に、電圧が印加されると、高分子が変形する。この変形を用いて、機械的な仕事を行うことができる。
【０００８】
ある態様では、本発明は、電気エネルギーと機械エネルギーの間の変換が改善される、予め緊張された（予備緊張）高分子に関する。予め緊張された高分子と接する電極に、電圧が印加されると、高分子が変形する。この変形を用いて、機械的な仕事を行うことができる。予め緊張させておくことにより、緊張させていない高分子に比べて、電気活性高分子の機械的応答性が向上する。高分子の印加電圧に対する応答を変化させるため、予備緊張は、高分子の異なる方向で変化させても良い。ある実施例では、高分子は、予め緊張させておかなくても良い。他のある実施例では、予備緊張は、電極の内径で弾性素子により維持されても良い。
【０００９】
本発明のある態様では、本発明は、電気エネルギーを第1の方向の移動に変換するアクチュエータに関する。アクチュエータは、例えばアクリルテープ（Acrylic  Tape4910）、シリコーンCF19-2186およびシリコーンHS  IIIのような、弾性、誘電性、透明高分子材料の環状シートと、積層物の上部表面に形成された、第1のリング状可撓性電極と、積層物の底部表面に形成された、第2のリング状可撓性電極と、を有する。アクチュエータは、さらに、第1と第2の電極の間に電圧を印加する電圧印加ユニットを有し、少なくとも2つの電極により提供される電場の変化に応答して、積層物が動かされる。アクチュエータは、さらに、積層物に結合されたリング状剛性フレームを有し、このフレームは、予備緊張を維持する機械的な支援を提供し、第1の方向での移動が確保される。
【００１０】
別の態様では、本発明は、電気エネルギーを、第1の方向の直線移動に変換するアクチュエータに関する。アクチュエータは、膜またはダイアフラムの形状の、上部および下部電極層を有する、予備緊張された誘電体高分子材料を有する。アクチュエータは、さらに、2つの剛性円形外側プラスチックリングを有し、これらのリングは、例えばサンドウィッチ配置で、膜に取り付けられる。2つの剛性円形リングは、機械的な支援を提供し、膜の平面と直交する軸に沿った移動が確保される。
【００１１】
別の実施例では、アクチュエータは、さらに、2つの非導電性の小型非可撓性円形内側リングを有しても良く、これらのリングは、膜の中央に取り付けられ、これにより、膜の中央に孔が形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の電気活性高分子は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するアクチュエータとして使用することができる。実質的に一定の厚さを有する高分子の場合、本発明の高分子は、使用中、厚さ方向の（すなわち高分子の断面と平行な）軸に沿った移動により、あるいは厚さ方向の軸と直交する（すなわち高分子の断面と直交する）方向の移動により、アクチュエータとして機能する。これらの高分子では、移動が生じた際、高分子は、アクチュエータとして作動する。
【００１３】
示された実施例では、円形のアクチュエータについて説明されているが、本発明では、他の形状を有するアクチュエータの使用も想定されていることに留意する必要がある。例えば、他の形状は、これに限られるものではないが、四角形、長方形、五角形、六角形、八角形等を有しても良い。アクチュエータの形状は、主として、その使用目的により定められる。
【００１４】
示された実施例では、弾性、非導電性、誘電性高分子を用いたアクチュエータについて説明されているが、本発明は、非導電性、誘電性高分子以外の材料（例えば、粘弾性材料、流体等）を用いたアクチュエータの使用も想定されていることに留意する必要がある。
【００１５】
示された実施例では、予備緊張された高分子を有するアクチュエータが示されているが、本発明では、予め緊張されていない高分子を有するアクチュエータの使用も想定されていることに留意する必要がある。
【００１６】
本願に示した実施例において、誘電性の透明弾性非導電性材料は、これに限られるものではないが、3M社により提供されているアクリルテープ（Acrylic  Tape4910）、ヌシル（Nusil）社のシリコーンCF19-2186、およびダウコーニング（Dow  Corning）社のシリコーンHS  IIIのような、異なる材料を含んでも良い。
【００１７】
（第1の実施例）
図1Aおよび1Bには、第1の実施例による電気活性高分子アクチュエータ10の切除断面図を示す。アクチュエータ10は、可撓性上側リング電極15を有し、この電極は、以降、高分子材料20と称される、弾性、誘電性、透明弾性非導電性材料20の上部表面に設置される。高分子材料は、予め緊張されていても良い。さらに電気活性高分子アクチュエータ10は、透明高分子材料20の底部表面上に、可撓性下側リング電極25を有する。可撓性電極15、25は、多くの方法で高分子材料20に設置されても良く、これらの方法には、これに限定されるものではないが、可撓性導電性材料を有する上側および下側表面に、高分子材料20を刷毛塗りまたはコーティングする方法、またはグラファイト粉末を用いた方法が含まれる。本願には明確には示さないが、当然のことながら、良く知られた他の技術を用いて、高分子材料20に電極15、25を設置しても良い。本発明の実施例では、上側および下側電極15、25は、高分子材料20の上側および下側表面の各々の相当部分を覆うように配置され、高分子材料20の実質的に中央部分に、露出された円形部分30が残される（図1Cおよび1D参照）。
【００１８】
図1Aに示すように、電気活性高分子アクチュエータ10は、電圧印加ユニット（DC電源）40を有し、上側および下側リング電極15、25に、電圧が印加され、これにより、高分子材料20の静的変位または移動が生じるようになる。他の実施例では、電源は、AC信号源であっても良く、この場合、高分子材料20に静的変位または移動パターンが得られる。
【００１９】
本発明の実施例では、上側リング電極15は、DC電源40のプラスの極性に接続され、下側リング電極25は、DC電源40のマイナスの極性に接続される。他の実施例では、電源は、AC電源であっても良い。本発明の実施例では、電気活性高分子アクチュエータ10は、さらに、外側円形フレーム22を有し、このフレームは、実質的に、2つの電極15、25および高分子材料20の端部に、強固に取り付けられる。
【００２０】
図1Bを参照すると、前述の構造を有する電気活性高分子アクチュエータ10において、スイッチ42がオンにされると、高分子材料20の変形が生じ、図1Bに圧縮矢印27で示すように、高分子材料20のy方向における寸法は、圧縮または減少する。外側円形フレーム22により、高分子材料20の外径は、一定に維持されるため、高分子材料20は、2つの延伸矢印31で示されているように、下側および上側リング電極15、25の内径の方向に延伸する力を受けることに留意する必要がある。換言すれば、高分子材料20の厚さ方向と直交する、露出円形部分30の方向に、高分子材料の膨脹が生じる。別の表現をすれば、高分子材料20の膨脹方向は、高分子材料20の断面に対して垂直であると見なすことができる。
【００２１】
前述の構造を有する、図1の電気活性高分子アクチュエータ10のある一例としての用途において、本願発明者らは、電気活性高分子アクチュエータ10は、カメラの絞りまたはダイアフラムとしての使用に適していることに気づいた。そのような用途では、高分子材料20は、完全に透明であり、可撓性リング電極15および25は、不透明である。図1Cの斜視図に示すように、両方の可撓性不透明リング電極15および25の内径は、実質的に中央の領域30に、カメラダイアフラムの絞り直径を形成する。上側と下側のリング電極15、25の間で、電圧が印加され、あるいは電圧が増加すると、すぐに高分子材料20が圧縮され、結果として絞り直径が減少し（すなわち制御され）、従ってカメラ絞りに関連する機能が実施される。
【００２２】
別の関連する一例としての適用例では、不透明であっても良い高分子20は、さらに、実質的に中央の領域30に孔を有する。この用途では、孔30は、カメラダイアフラムの絞り直径を形成する。上側と下側のリング電極15、25の間で、電圧が印加され、あるいは電圧が増加すると、直ちに絞り直径30（すなわち孔直径）が減少し（すなわち制御され）、従ってカメラ絞りまたはダイアフラムに関連する機能が実施される。
【００２３】
（第2の実施例）
図2Aには、膜アクチュエータ200の斜視図が示されている。この全体的な構成において、膜アクチュエータ200は、以降、誘電性高分子材料と称され、膜またはダイアフラムとして機能する、弾性、非導電性材料130で構成された構造部と、上部および底部、円形硬質非導電性リング110、112とを有する。上部および底部リング110、112は、予め緊張された誘電性高分子材料130を保持し、これらは、硬質プラスチックで構成されることが好ましい。
【００２４】
図2Bに示すように、誘電性高分子材料130は、導電性材料（例えばグラファイト）で構成された2つの導電層124、126を有し、これらの層は、第1の実施例を参照して示した前述のように、誘電性高分子材料130の上部および底部表面に、刷毛塗りまたはコーティングされても良い。しかしながら、第1の実施例とは対照的に、本発明の実施例の電極124、126は、リング形状を構成していない。その代わりに、上側および下側電極124、126は、誘電性高分子材料130の全表面を被覆する。
【００２５】
上側および下側電極124、126の両側に、電圧が印加されると、図2Cに示すように、取り付けられたスプリングまたは負荷（m）133の変位を介して、誘電性高分子材料130が膨脹し、高分子材料130は、凸状形状になる。
【００２６】
誘電性高分子材料130の選定の際に考慮される一次パラメータには、予備緊張後の、誘電率、ヤング率、および絶縁耐力が含まれる。ある実施例では、高分子材料130の追加層を用いて、ある種の積層部が形成され、これにより、上部および底部リング110、112に生じ得る、小さな擦れまたは尖った角部による変形から、誘電性高分子材料130が保護されても良い。
【００２７】
（第3の実施例）
図3に示すように、第3の実施例の膜アクチュエータ300は、図2Aおよび2Bに示したような、第2の実施例の膜アクチュエータと、ほとんどの点で同様の構成である。例えば、膜アクチュエータ300は、上部および底部リング110、112を有し、これらのリングは、予め伸張された誘電性高分子材料130を保持し、硬質プラスチックで構成されることが好ましい。図3の膜アクチュエータ300は、ある重要な点において、前述の膜アクチュエータ200とは異なっている。具体的には、本発明の実施例の膜アクチュエータ300は、さらに、硬質非導電性内側リング90を有し、このリングは、膜アクチュエータ300の中央に、孔92を形成する。内側リング90により、膜アクチュエータ300への、異なる質量（負荷）またはスプリングの接続が容易になり、電場の印加環境下で、所望の方向に、変形が確実に生じるようになる。内側リング90は、さらに、膜アクチュエータ300の評価を容易にすることを理解する必要がある。
【００２８】
前述の構造を有する膜アクチュエータ300では、スイッチがオンになると、誘電性高分子材料130の変形が生じ、軸方向（+／-Z）に寸法が伸び、高分子材料130は、凸形状を形成するようになる。
【００２９】
図4は、特殊試験装置構成の印加電場測定における、線形スケール（メートル）での、変位（m）と質量（kg）の関係のグラフを示す図である。図3に示す膜アクチュエータ300の内側リング90に、異なる質量または負荷（kg）が取り付けられる。図に示されているように、グラフは、非線形性を示し、大きな変位では飽和状態となる。膜アクチュエータ300は、直線領域で作動することが望ましいことを理解する必要がある。その場合、直線作動領域が増加する高分子材料を使用することが望ましい。当然のことながら、当業者には、大きなリング、大きな電場、および追加の電極層の使用により、特性が向上することが認識される。
【００３０】
図5には、積層高分子スタック400の非限定的な例を示すが、このスタックは、交互電極層が共通の電極（+／-）に接続されるように配置された、追加の電極層を有する。例えば、電極層402、404および406は、共通の正（+）の電極に接続され、電極層408および410は、共通の負（-）の電極に接続される。複数の高分子材料層412は、各電極層の間に挟まれて示されている。積層高分子スタックは、大きな変位力が必要となる用途に適するという、単一の電極層を超える利点を提供する。
【００３１】
図6A、6Bおよび6Cには、いくつかの膜アクチュエータが組み合わされて、電圧印加の下で、移動の絶対量および／または力が増大する態様を示した断面図を示す。各図において、それぞれの示された膜アクチュエータは、図3に示す内側リング90のような、内側リング90を有する。また、各図において、4つの位置の動きが想定される（すなわち、励起なし、第1の膜アクチュエータへの電圧印加、第2の膜アクチュエータへの電圧の印加、および第1および第2の両方の膜アクチュエータへの電圧の印加）。
【００３２】
まず、図6Aを参照すると、硬質非導電性円筒に接続された2つの膜アクチュエータ500、552が示されており、この円筒は、アクチュエータの各内側リング504、554の外側周囲表面を結合する。図5Aには、結合された膜アクチュエータ500、552の、電圧印加前の状態が示されている。アクチュエータ500、552の一方または両方への電圧の印加により、移動の程度および方向が定まる。例えば、上側膜アクチュエータ500に電圧を印加すると、電圧励起により、上側膜アクチュエータ504は、正のy方向に移動する。この動きは、スプリングのような動作により助長される。これに対応して、下側膜アクチュエータ552への電圧印加の際に、結合された膜アクチュエータは、負のy方向に移動する。移動の程度は、印加される電位により定められる。
【００３３】
図6Bを参照すると、この図には、中空円筒602により接続された、2つの膜アクチュエータ600、662が示されている。図5Bの配置は、広範な様々な用途に適している。そのような用途の一つは、図5Bに示す方法でアクチュエータ600、662が組み合わされた、レンズ位置決めシステムである。また、一つの小型レンズ（図示されていない）が、最上部の膜アクチュエータ600の内側リング608の上部に設置され、第2の小型レンズ（図示されていない）が、下側膜アクチュエータ662の内側リング610の上部に設置される。作動時には、ミラーにより底部で反射した光スポットは、下側膜アクチュエータ662の中央部および中空円筒602を通過する。その後、この光は、2つのレンズにより屈折され、印加電場に応じて、調整可能な光スポットが形成される。
【００３４】
図6Cを参照すると、この図には、中空円筒702により接続された、2つの膜アクチュエータ700、762が示されている。明敏な読者は、図6Cの2つの膜アクチュエータ700、762が図6Bに示すものとは異なることに気づくであろう。本構成では、2つの膜アクチュエータ700、762は、同じ方向に整列されている。
【００３５】
当然のことながら、他の実施例では、膜アクチュエータの結合数または複数の膜アクチュエータを結合する方法に、制限はないことに留意する必要がある。
【００３６】
図7A−7Dには、電場の印加の際に、アクチュエータが単一の方向に変形する態様が示されている。当業者には明らかなように、電場の印加の間、自由境界の誘電性高分子は、両方の平面方向に等しく変形する。しかしながら、通常の用途では、実際のアクチュエータにおいて、単一の方向にある変形が生じることが望ましい。図7A−7Dには、特性を向上させるため、（図7Aに示すような）ある寸法を有する元の高分子材料10が予め伸張され、合成フレームに固定され（図7Bおよび7C参照）、高分子材料10が薄くなり、これにより、反対側の平面方向（図7D参照）に、活性な変形が生じる様子が示されている。次に、意図する方向への動きを利用して、特定のタスクのため、機械的な仕事が行われる。
【００３７】
図8には、複数のセグメント80で構成された導電層90（すなわち、各種図に示されている上側および下側リング電極15、25）を示す。各セグメントには、独立した信号が供給されることが有意であり、この信号は、DCまたはAC信号であっても良い。また図8には、弾性、透明、誘電性膜82と、任意の、導電層90を支持する内側および外側剛性フレーム84、86とが示されている。
【００３８】
さらに本発明では、透明上側および下側電極で被覆された、透明光アクチュエータの使用が想定され、この場合、DCまたはAC信号を介して、アクティブに、透明高分子の変形が生じる。
【００３９】
さらに本発明では、フィードバックループの使用が想定され、この場合、電極への電圧（または電荷）の適合により、アクチュエータの変形および変位が制御される。
【００４０】
特定の実施例を参照して、本発明について説明したが、特許請求の範囲に記載された本発明の思想および範囲から逸脱しないで、多くの変化が可能であることは、明らかである。本発明の範囲は、特許請求の範囲に示されており、等価な意味および物の範囲内にある全ての変更は、ここに含まれることを意図するものである。従って、発明の詳細な説明および図面は、一例を示す方法と見なされ、添付の特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。
【００４１】
添付の特許請求の範囲を解釈するに際して、
a）「有する」という用語は、所与の請求項に記載されたもの以外の素子または動作の存在を排斥するものではないこと、
b）素子の前の「一つの」という用語は、そのような素子が複数存在することを排斥するものではないこと、
c）請求項内のいかなる参照符号も、その範囲を限定するものではないこと、
d）いくつかの「手段」は、同じ部品、あるいはハードウェアまたはソフトウェア実施構造もしくは機能で表しても良いこと、
e）示されたいかなる素子も、ハードウェア部分（例えば、別個のおよび集積された電子回路を含む）、ソフトウェア部分（例えば、コンピュータプログラム）、およびそれらの組み合わせで構成されても良いこと、
f）ハードウェア部分は、アナログ部分およびデジタル部分の一方または両方で構成されても良いこと、
g）特に記載がない限り、示されたいかなる装置またはその一部も、相互に組み合わせたり、さらなる部分に分離したりすることができること、ならびに
h）特に記載のない限り、特定の動作の順番が必要であることを意図するものではないこと、
を理解する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】本発明の第1の実施例による電極活性高分子アクチュエータの断面図である。
【図１Ｂ】本発明の第1の実施例による電極活性高分子アクチュエータの断面図である。
【図１Ｃ】本発明の第1の実施例による電極活性高分子アクチュエータの斜視図である。
【図１Ｄ】本発明の第1の実施例による電極活性高分子アクチュエータの斜視図である。
【図２Ａ】本発明の第2の実施例による電極活性高分子アクチュエータの断面図である。
【図２Ｂ】本発明の第2の実施例による電極活性高分子アクチュエータの断面図である。
【図３】さらに硬質非導電性内側リングを有する、図2Aおよび2Bに示した膜アクチュエータを示す図である。
【図４】図3の膜アクチュエータの内側リングに、異なる質量または負荷（kg）が取り付けられた特殊試験構成用の印加電場測定における、線形スケール（メートル）での、変位（m）と質量（kg）の関係のグラフを示す図である。
【図５】交互層が共通電極（+／-）に接続されるように配置された、追加電極層を有する積層高分子スタックの非限定的な例を示す図である。
【図６Ａ】いくつかの膜アクチュエータが組み合わされ、電圧の印加条件下で、移動の絶対値または力が増加する態様を示す断面図である。
【図６Ｂ】いくつかの膜アクチュエータが組み合わされ、電圧の印加条件下で、移動の絶対量または力が増加する態様を示す断面図である。
【図６Ｃ】いくつかの膜アクチュエータが組み合わされ、電圧の印加条件下で、移動の絶対量または力が増加する態様を示す断面図である。
【図７Ａ】電場の印加の際に、単一の方向にアクチュエータが変形する態様を示した図である。
【図７Ｂ】電場の印加の際に、単一の方向にアクチュエータが変形する態様を示した図である。
【図７Ｃ】電場の印加の際に、単一の方向にアクチュエータが変形する態様を示した図である。
【図７Ｄ】電場の印加の際に、単一の方向にアクチュエータが変形する態様を示した図である。
【図８】複数のセグメントからなる導電層の図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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