(57)【要約】  本発明は、１つ又は複数の作動信号の前及び／又は後にリセット信号をアクチュエータの電気活性ポリマー構造部に供給することを含む。リセット信号により、ＥＡＰ又はＥＰＡ構造における欠陥、例えば、トラップされた電荷、双極子、及び／又は他のものなどの緩和が生じ、その結果、駆動信号を使用する後続の活性化の際に、初期作動状態が、リセット信号の使用なしよりも一定となるように規定される。それゆえに、本発明を使用するデバイスの作動出力はさらに再現可能となる。本発明は、ＥＡＰ材料を含む電気活性ポリマー構造部を有するアクチュエータデバイスに適用可能であり、この構造部は、ＥＡＰ材料の少なくとも一部に電気駆動信号をかけるとき機械的作動を提供することができる。
2019517235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスを操作する方法であって、前記デバイスは、
制御信号を受け取るための電極構成部と、
前記制御信号に応じて作動を行うための電気活性ポリマー構造部とを含む、電気活性ポリマーアクチュエータを含み、
前記方法は、
前記作動を引き起こすための第１の極性を有する駆動信号と、前記第１の極性と反対の第２の極性を有し、前記駆動信号に先行する及び／又は後続するリセット信号とを含む前記制御信号を生成するステップと、
前記リセット信号のレベルが前記駆動信号のレベルよりも小さい前記制御信号を前記電極構成部に印加するステップと
を有する、方法。
【請求項２】
前記駆動信号が駆動信号レベルを有し、前記リセット信号がリセット信号レベルを有し、前記リセット信号レベルが、レベル倍率と前記駆動信号レベルとの積以下であり、前記レベル倍率が、０．５、０．２、０．１、０．０５、０．０２、０．０１からなる群から選ばれる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記リセット信号は、前記電極構成部に印加されたとき前記リセット信号によって引き起こされる前記電気活性ポリマー構造部間の電界がミクロン当たり１０ボルトとミクロン当たり３００ボルトとの間にあるようなリセット信号レベルを有する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記リセット信号が、０．０１秒と１秒との間にあるリセット信号持続時間の間印加される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記駆動信号が、駆動信号レベル及び駆動信号持続時間を有し、前記リセット信号が、リセット信号レベル及びリセット信号持続時間を有し、前記リセット信号持続時間にわたる前記リセット信号レベルの積分が、積分倍率と、前記駆動信号持続時間にわたる前記駆動信号レベルの積分との積以下であり、前記積分倍率が、０．５、０．２、０．１、０．０５、０．０２、０．０１からなる群から選ばれる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記駆動信号が、駆動信号持続時間を有し、
前記駆動信号持続時間全体又は前記駆動信号持続時間の終わりの部分の間、前記駆動信号が、第１の極性を有し、前記リセット信号が、前記第１の極性と反対の第２の極性を少なくとも１つの部分で含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記リセット信号が、可変信号若しくは交番信号を含むか、又は、可変信号若しくは交番信号からなる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記リセット信号が、複数のリセット信号パルスを含むか、又は、複数のリセット信号パルスからなる、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記リセット信号が、一定の期間若しくは変動する期間を有する交番信号を含むか、又は、一定の期間若しくは変動する期間を有する交番信号からなる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記リセット信号パルスの各々が、最大リセット信号パルスレベルを有し、前記リセット信号パルスレベルの絶対値が、前記リセット信号内の複数のリセットパルスのうちの次のリセットパルスごとに減少する、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記リセット信号が、少なくとも第１の極性と、前記第１の極性と反対の第２の極性とを含む、請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
複数の駆動信号を規定するための駆動信号データ及び複数のリセット信号を規定するためのリセット信号データを含むルックアップテーブルを提供するステップであって、前記駆動信号データの各々の１つが前記リセット信号データの１つと関連づけられる、提供するステップと、
駆動信号の規定の際に、前記ルックアップテーブルから、前記ルックアップテーブル内の１つ又は複数の駆動信号データに基づいてリセット信号のためのリセット信号データを検索するステップと、
前記リセット信号データ及び検索された前記リセット信号データを使用して前記制御信号の前記駆動信号及び前記リセット信号を生成するステップとをさらに有する、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記電気活性ポリマーアクチュエータの作動履歴を決定するステップと、
前記作動履歴に基づいてリセット信号を生成するステップと
をさらに有する、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記リセット信号が、
駆動信号ごとに後続する及び／又は先行する、
複数の駆動信号に後続する及び／又は先行する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
コンピュータ可読記憶媒体に記憶されるコンピュータ可読コードを含むコンピュータプログラムであって、前記コンピュータ可読コードは、コンピュータで実行されると、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の方法のステップの実行をもたらす、コンピュータプログラム。
【請求項１６】
コントローラからの制御信号を受け取るための電極構成部、及び、前記制御信号に応じて作動を行うための電気活性ポリマー構造部を含む電気活性ポリマーアクチュエータと、
前記電気活性ポリマーアクチュエータを制御するためのコントローラと
を含むデバイスであって、
前記コントローラが、
前記作動を引き起こすための第１の極性を有する駆動信号と、
前記第１の極性と反対の第２の極性を有し、前記駆動信号に先行する及び／又は後続する、リセット信号と
を含むように前記制御信号を生成することと、
前記リセット信号のレベルが前記駆動信号のレベルよりも小さい前記制御信号を前記電極構成部に印加することと
を行う、デバイス。
【請求項１７】
プロセッサ及びメモリを含み、前記メモリが請求項１５に記載のコンピュータプログラムを含み、前記プロセッサが、前記コンピュータプログラムの前記コンピュータ可読のコードを実行する、請求項１６に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気活性ポリマーを利用するアクチュエータデバイス、そのようなデバイスを作動させるためのコントローラ、及びそのようなアクチュエータデバイス又はコントローラを操作するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
作動が電気活性ポリマー（ＥＡＰ）の電気刺激に基づくアクチュエータデバイスでは、作動は、ＥＡＰ材料のサイズ及び／又は形状の変化によって引き起こされる。ＥＡＰは、アクチュエータの用途に関していくつかの有利な特性を兼ね備えている。ＥＡＰの利点には、低い動作電力、小さいフォームファクタ、柔軟性、静かな動作、高分解能の可能性、速い応答時間、及び周期的な作動が含まれる。しかし、ＥＰＡは、有機ポリマーの性質によって電力を機械力に変換するための変換器として働くが、ＥＰＡは、さらに、様々な形状に容易に製造することができ、それにより、極めて多様なデバイス及びシステムへの容易な統合が可能になる。
【０００３】
ＥＡＰデバイス動作の一例として、図１及び図２は、例示的なＥＡＰデバイスの２つの可能な動作モードを示している。デバイスは、ＥＡＰ層１４の両側に取り付けられた電極１０、１２の間に挟まれたＥＡＰ層１４を含むＥＡＰ構造部を含む。図１では、電極を含むＥＡＰ層は自由に移動可能であるが、図２では、ＥＡＰ構造部全体は、片面が支持又は担体層１６にクランプされている（取り付けられている）。電極１０と電極１２にわたって電圧差を与えるように印加された駆動信号を使用して、ＥＡＰ層を層厚方向に収縮させ、それによって、横方向に拡張させる。誘電体エラストマＥＡＰでは、これは、電極によってＥＡＰ層に印加される収縮力が層薄化を引き起こすことに起因しており、一方、圧電及び／又は電歪ＥＡＰはまた、電界との直接結合を介して機能し（収縮し）、したがって、収縮力を与えるのに電極の接触を必要としない。図１では、この作動は、層が自由に浮かされていることにより、ＥＡＰ層の層薄化に付随して起こる表示方向（図１の矢印）の拡張（薄化による横方向拡張）の形態の対称的な変形をもたらし、図２の同じ作動（図２の矢印）は、片側のクランピングによる動きの自由の抑制のためデバイスの曲げをもたらす。したがって、デバイスエンジニアリングを使用して、多種多様なデバイス出力が、ＥＡＰ層の作動に関して設計され、もたらされる。図２に示すように軸のまわりの非対称な湾曲を得るには、分子配向（フィルム伸張）が、例えば、適用され、それにより、１つの方向への動きが強制される。曲げは、ＥＡＰポリマーの非対称性に由来するか、担体層の特性の非対称性に由来するか、又は両方の組合せに由来する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＡＰアクチュエータでは、延びた及び／又は頻繁な期間での作動を必要とする用途で使用されると、作動は、時が経つにつれて必ずしも一定でなくなり、及び／又はデバイスの後続の異なる作動期間の駆動対作動曲線は、時が経つにつれて変化する、すなわち、曲線ドリフトが生じることを発明者等は見いだした。これは、アクチュエータの実際の用途を妨げる。
【０００５】
そのため、前述の問題を緩和するか又は除去するのに、改善されたアクチュエータ、及びそのようなアクチュエータを操作する方法への必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、独立請求項によって定義される本発明により少なくとも部分的に達成される。従属請求項は、有利な実施形態を提供する。
【０００７】
したがって、本発明によれば、作動方法、その方法を実行するためのコンピュータプログラム、及びその作動方法を使用するように構成されたデバイスが提供され、そのデバイス及び方法において、リセット信号が、１つ又は複数の作動事象の前及び／又は後に使用される。
【０００８】
本発明によって定義されるリセット信号が前述の問題を緩和するために使用されるという事実は、
−  ＥＡＰアクチュエータの作動では、しばしば、ミクロンのＥＡＰ層厚さ当たり数十ボルト程度の大きい電界が、ＥＡＰアクチュエータを駆動する／作動させるために使用され、これらの高い作動電界は、実際の駆動／作動の次に全て生じるであろう、いくつかの干渉プロセス、例えば、電界依存電荷輸送及びポリマー構造緩和効果（例えば、局所双極子再配向、及び／又は結晶子再配向、及び／又はポリマー分子再配向など）などが生じる原因であり、
−  緩和効果は、効果が生じる時定数が一般に異なるので、印加電界及び作動時間の変動に対して相互に異なる反応を有するという認識に基づいている。それゆえに、干渉プロセスの結果に関してのアクチュエータの最終状態は、作動履歴に依存し、それにより、変わりやすく、又は予測不能でさえあり、
−  作動の間、緩和効果は電界で引き起こされるが、作動の後、電界が印加されない場合、逆緩和が生じるか、又は電界なしでも生じる必要があり、その結果、非常に遅い。それゆえに、逆緩和は、緩和が履歴依存であるのと同じ理由で、やはり履歴依存であり、作動サイクル又は待ち時間の後同様に完了しないこともある。
【０００９】
干渉プロセスの上述の影響は、少なくとも部分的に無秩序な分子構造の結果として、ポリマー材料では無機電気活性材料と比較して特に顕著である。そのような分子構造は、一般に、駆動による構造の変化の後、元の構造状態への回復を妨げる。それゆえに、作動履歴に応じて、作動の後のアクチュエータは、変化しやすく、多くの場合、予測できない「トラップされた」欠陥をもつ状態に置かれ、それが、継続的な作動の間に開始作動状態のシフト及び／又は駆動−作動曲線ドリフトをもたらす。
【００１０】
本発明により、上述の影響のうちの１つ又は複数を打ち消すことができる。したがって、例えば、アクチュエータ間の電界によって引き起こされ駆動されるアクチュエータ、特にＥＡＰ内の荷電又は双極子種の動き及びあり得るトラッピング、及び／又は（極性）種（分子又は分子部分）の（再）配向の影響は、打ち消される。（半永久的な）荷電種層又は分極種層の形成が、印加作動電界を次第に遮蔽することによってアクチュエータデバイス動作に影響を及ぼし（例えば、同じ作動を達成するのに必要とされるより高い電圧の原因となり）、これは、本発明により低減されるか又はさらに防止される。さらに、半永久的荷電種の形成、又はＥＡＰ分子、イオン若しくは他の種の再配向によって引き起こされるアクチュエータの静止状態での（例えば、非作動駆動信号印加での、又は異なる言い方では作動信号の印加なしでの）意図的でない作動があるという影響が、低減されるか又は防止される。その上、機械的運動及び摩耗、多分欠陥サイトでの荷電種の蓄積及びトラッピングによって引き起こされるアクチュエータの経年変化及び絶縁破壊の影響が、低減されるか又は防止される。重要なことに、上述の利点のうちの１つ又は複数は、少なくとも部分的に、デバイスの必要な作動を損なうことなく達成される。
【００１１】
デバイスは、アクチュエータデバイスとすることができる。駆動信号は、電気活性ポリマーアクチュエータ及びそれに加えてデバイスの所望の作動を引き起こすように意図され使用される。リセット信号は、所望の作動出力を提供するためのものではない。リセット信号は、制御信号の一部であるが、電気活性ポリマーアクチュエータの作動オフセットドリフトを補償するように意図され使用される。そのようなドリフトは、駆動信号によって引き起こされる。駆動信号は、作動を引き起こすために駆動信号持続時間を有する。リセット信号は、駆動信号持続時間の外側で印加されることが好ましいが、駆動信号持続時間の一部とすることもできる。
【００１２】
リセット信号は、駆動信号に先行する及び／又は後続する。どちらの場合にも、２つの間に遅延時間があってもなくてもよい。
【００１３】
簡単な形態のリセット信号は、ブロックパルス信号である。
【００１４】
リセット信号は、駆動信号のレベルよりも小さいレベルを有する。「レベル」は、信号の大きさ、又は、例えば、信号が定期的又は周期的信号である場合、信号の振幅若しくはピーク値を意味する。そのため、レベルは、「ピークレベル」を参照し、本出願の全体にわたって「ピークレベル」という用語と同義として解釈されるべきである。
【００１５】
駆動信号は駆動信号レベルを有し、リセット信号はリセット信号レベルを有し、リセット信号レベルは、レベル倍率と駆動信号レベルとの積以下であり、レベル倍率は、０．５、０．２、０．１、０．０５、０．０２、０．０１からなる群から選ばれる。
【００１６】
リセット信号は、所望の作動出力（駆動信号の関数である）を生成するように意図されず使用されないが、場合によっては、潜在的に擾乱した一時的な作動出力をもたらすことがある。リセット信号レベル又は振幅が小さいほど、関連する一時的作動応答は小さくなる。駆動信号レベルが一定でない（変動、脈動、又はさらに交番駆動信号のように）場合、ピーク信号レベル又は振幅などの最大駆動信号レベルが使用される。同様に、リセット信号レベルが、リセット信号持続時間内で一定でない（変動、脈動、又はさらに交番リセット信号のように）場合、ピーク信号レベル又は振幅などの最大リセット信号レベルが使用される。
【００１７】
リセット信号は、電極構成部に印加されたときリセット信号によって引き起こされる電気活性ポリマー構造部間の電界がミクロン当たり１０ボルトとミクロン当たり３００ボルトとの間にあるようなリセット信号レベルを有することができる。リセット信号レベルは、ミクロン当たり１０ボルトとミクロン当たり５０ボルトとの間にあることが好ましい。
【００１８】
リセット信号は、０．０１秒と１秒との間にあるリセット信号持続時間の間印加される。この持続時間のリセット信号は、一般に、大幅な改善効果を有するように十分に長く、作動のための使用頻度を著しく擾乱しないように十分に短い。リセット信号持続時間は、０．０５秒を超える、又はさらに０．１秒を超えることが好ましい。これと組合せて、又は代替として、リセット信号持続時間は０．５秒未満とすることができる。特に、ポリマー機械的応答時間が信号リセットパルス期間と非常に異なる電気活性である場合、多分高いリセット信号レベル（例えば、駆動信号レベルの半分までの）のより短いリセット信号パルスを使用して、より少ない一時的作動応答しか生成しない。
【００１９】
駆動信号は、駆動信号レベル及び駆動信号持続時間を有し、リセット信号は、リセット信号レベル及びリセット信号持続時間を有し、リセット信号持続時間にわたるリセット信号レベルの積分が、積分倍率と、駆動信号持続時間にわたる駆動信号レベルの積分との積以下であり、積分倍率は、０．５、０．２、０．１、０．０５、０．０２、０．０１からなる群から選ばれる。補償は、信号レベル（電界）と信号レベルの印加時間との積の積分に基づく平均メトリックに基づく。場合によっては、これは、良好な補償バランスを与える。両方の極性を有する駆動信号の場合、駆動信号の積分は信号レベルの非絶対値に基づき、その結果、極性の影響が計算値では平均化されていることが好ましい。
【００２０】
駆動信号は、駆動信号持続時間を有し、駆動信号持続時間全体又は駆動信号持続時間の終わりの部分の間、駆動信号は、第１の極性を有し、リセット信号は、第１の極性と反対の第２の極性を少なくとも１つの部分で含む。駆動信号全体、又は駆動信号の終わりの部分が正（第１の極性）信号であった場合、負（第２の極性）のリセット信号が使用され、逆の場合も同じである。ＥＡＰ構造部内の駆動信号及びリセット信号による電界の方向は信号の極性に依存するので、反対の極性は、作動曲線の観察された望ましくないドリフトを引き起こす望ましくない影響をキャンセルすることができる。これは、持続時間にわたる駆動信号レベル及び／又はリセット信号レベルの積分を使用するよりも簡単な補償のやり方である。
【００２１】
リセット信号は、可変信号を含むか又は可変信号からなる。可変信号は、信号持続時間又は印加時間の間に信号レベルが変化する信号である。可変信号は、レベルがランダムに変化する単一パルス信号であってもよい。単一パルス信号は、ブロックパルス、三角パルス、正弦波パルス、又は信号レベルが変動する他の形状のパルスとすることができる。単一パルスは、時間的に対称であってもよく、又は急な増加と浅い減少若しくはその逆を伴った時間的に非対称であってもよい。減少及び増加は、異なる機能に応じて行われる。パルスの形状は、必要に応じて、特定の電気活性ポリマーアクチュエータで実験されたように選ばれる。このタイプのリセット信号は、事実上、多くの異なる電界強度を有しているあるタイプのシェイクアップ信号である。それゆえに、異なるものを必要とする擾乱結果が、電気活性ポリマーアクチュエータへの印加中にさらに効果的に緩和される。可変信号は、持続時間中に、徐々に増加するか、徐々に減少するか、又は増加部分と減少部分とを有するランダムに変動する信号レベルを有することができる。
【００２２】
リセット信号は、複数のリセット信号パルスを含むか又は複数のリセット信号パルスからなる。
【００２３】
そのようなリセット信号は、パルスごとに緩和シェイクアップを、すなわち、リセット信号当たりいくつかのシェイクアップを行う。いくつかの擾乱結果は、効果的な緩和には多数のシェイクアップを必要とする。パルスの数は２から２０の範囲で選ばれることが好ましい。パルスの数は２から１０の範囲であることがより好ましい。パルスの数は５から１０の範囲であることがさらにより好ましい。リセット信号パルスは、等しい長さの持続時間であってもよく、又は異なる持続時間であってもよい。パルスは、例えば、持続時間、信号レベル、及び／又は形状に関してランダムに組織化されてもよい。代替として、パルスは、パルスの１つの形状及び／又は１つの信号レベル及び／又は１つの持続時間の形態で組織化されてもよい。したがって、パルス当たり同じ持続時間をもつ、又は例えばリセット信号における次のパルスごとに減少したパルス幅をもつ等しいレベルの信号パルスの列であってもよい。複数のリセット信号パルスのうちの１対のリセット信号パルスの中間に、緩和時間が、あってもよく、なくてもよい。緩和時間は、ゼロ駆動信号が印加されている期間である。
【００２４】
リセット信号は、一定の期間若しくは変動する期間を有する交番信号を含むか又は一定の期間若しくは変動する期間を有する交番信号からなる。そのような交番信号は、例えば、複数のリセット信号パルスのうちの１つ又は複数を含む。
【００２５】
リセット信号パルスの各々は、最大リセット信号パルスレベルを有し、最大リセット信号パルスレベルの絶対値が、リセット信号内の複数のリセットパルスの次のリセットパルスごとに減少する。極端に強いリセットパルスを必要とする擾乱効果が、緩和するために最初になされ、次の低めの強度のパルスは、各次のパルスが、前のパルスで緩和されたものを活性化するのに最も困難なものを作動させるには十分な強さでないので、得られたリセット全体を無効にしない。それゆえに、緩和は徐々に引き起こされる。
【００２６】
リセット信号は、少なくとも第１の極性と、第１の極性と反対の第２の極性とを含む。擾乱結果の補償は、電気活性ポリマー構造部内の電界の定期的反転を必要とする。いくつかの結果は、それらが緩和する前に言わば２つの方向のシェイクアップを必要とする。これは、バイポーラ信号、すなわち、両方の極性を有する信号により達成される。異なる極性のリセット信号が、このために使用される。リセット信号は、一定の期間若しくは変動する期間を有する交番信号であるか、又はその一部を含むことが好ましい。リセット信号が複数のリセット信号パルスを含む場合、各パルスは１つの特定の極性を有することができる。そのとき、交番リセット信号の場合、継続的なパルスは反対の極性を有する。
【００２７】
方法は、
−  複数の駆動信号を規定するための駆動信号データ及び複数のリセット信号を規定するためのリセット信号データを含むルックアップテーブルを提供するステップであり、駆動信号データの各々の１つがリセット信号データの１つと関連づけられる、提供するステップと、
−  駆動信号の規定の際に、ルックアップテーブルから、ルックアップテーブル内の１つ又は複数の駆動信号データに基づいてリセット信号のためのリセット信号データを検索するステップと、
−  リセット信号データ及び検索されたリセット信号データを使用して制御信号の駆動信号及びリセット信号を生成するステップと
をさらに有する。
【００２８】
リセット信号データと駆動信号データとの直接の一致が使用される。代替として、必要とされる駆動信号データ（作動駆動信号の）と、ルックアップテーブル内の駆動信号データとの間に完全な一致がない場合、補間を使用して、対応するリセット信号データから適切な必要とされるリセット信号データを決定することができる。
【００２９】
本発明において、方法は、
−  電気活性ポリマーアクチュエータの作動履歴を決定するステップと、
−  作動履歴に基づいてリセット信号を生成するステップと
をさらに有する。
【００３０】
作動履歴は、以下のもの、すなわち、ある期間にわたって供給された駆動信号の信号レベル、極性、及び／又は数の追跡、ある期間にわたるアクチュエータの作動出力の追跡のうちのいずれか１つを含むことができる。この考えは、より激しい作動、及び／又は多くの単一極性ベース作動、及び／又は多数の作動の後、より強力なリセット信号が印加されるというものである。これは、依然として、既定のルックアップテーブルを使用して行われる。連続して行われる作動の数に基づいて、所望のリセットパルスが供給される。したがって、例えば、より多くの駆動信号が供給される。
【００３１】
アクチュエータの静止状態、及び作動の前又は直後の作動出力が、例えば、比較することができる値を（一時的に）記憶することによって追跡されることが好ましい。所定の基準値からの偏差が所定の閾値より大きくなる場合、リセットパルスを供給して補正することができる。このリセットパルスは、決定された差に従って調節される。
【００３２】
リセット信号は、
−  駆動信号又は複数の駆動信号ごとに後続する及び／又は先行することができる。時には、駆動信号ごとにリセット信号を有する必要がない。これは、リセット信号がアクチュエータ出力を供給しない時間を取るので、アクチュエータの可用時間を増加させる。
【００３３】
１つ又は複数の（後続の）駆動信号にリセット信号が後続することが好ましい。駆動信号ごとにリセット信号が後続することがより好ましい。
【００３４】
１つ又は複数の後続の駆動信号に、リセット信号が先行し、またリセット信号が後続してもよい。したがって、駆動信号ごとに、リセット信号が先行し、また後続してもよい。しかし、さらに、一群の駆動信号に対して１つのリセット信号があってもよい。これは、２つの駆動信号間に、少なくとも２つのリセット信号があり、１つのリセット信号が第１の駆動信号に後続し、別の１つのリセット信号が第２の駆動信号に先行することを意味する。先行する信号は、駆動を開始するための新しい開始位置を提供し、一方、駆動信号に後続するリセットパルスは通常の効果を有する。
【００３５】
この構成は、作動出力曲線ドリフトに対するより良好な制御を有するように、アクチュエータのフィードバック又は履歴追跡と組み合わされることが好ましい。
【００３６】
本発明は、コンピュータ可読媒体に記憶されるか若しくは記憶可能であるか、又は通信網からダウンロード可能であるコンピュータ可読コードを含むコンピュータプログラムを提供し、このコードは、コンピュータで実行されると、請求項１乃至１４に記載の方法のうちのいずれか１つに属するステップの実行をもたらす。したがって、本発明の方法は、電気活性ポリマーアクチュエータを制御してそれを所望のように作動させるための信号発生器をおそらく含むコントローラを制御することができるソフトウェアで実施される。
【００３７】
デバイスは、プロセッサとメモリとを含み、メモリは、請求項１５に記載のコンピュータプログラムをその中に記憶し、プロセッサは、コンピュータプログラムを実行するように構成される。オプションとして、デバイスは、自動で又は手動でデバイスを操作するために、ユーザ入力及び／又は出力デバイス及び関連するインタフェースを含む。
【００３８】
本方法のすべての特徴及びその利点は、コントローラ又はコンピュータプログラムに適応させることによってコンピュータプログラム又はコントローラの特徴に移すことができる。プロセッサは、中央処理装置などのような半導体プロセッサとすることができる。メモリは、プロセッサによってアクセスされるあらゆる種類のＲＡＭ又はＲＯＭメモリとすることができる。そのようなメモリは、ＳＤ若しくはフラッシュ、ハードディスク、又はＣＤ若しくはＤＶＤ若しくはブルーレイなどのような光学を含む。メモリは、コンピュータ可読媒体に含まれてもよい。代替として、コンピュータ可読媒体は、ＬＡＮ若しくはＷＡＮなどの通信網、又はコンピュータプログラムがダウンロードされる他のデータ網とすることができる。
【００３９】
コントローラは、
−  電気駆動信号で使用するための第１の極性及び第２の極性の電気信号を生成するための電力源、又は
−  電気駆動信号で使用するための少なくとも第１の極性又は少なくとも第２の極性の電気的信号を生成するための電力源、及び電気駆動信号の電極構成部への結合を切り替えるためのスイッチング装置
を含む。結合の切替えにより、第１の極性から第２の極性への又はその逆の切替えが達成される。
【００４０】
コントローラは、反対の極性の信号を生成するための信号発生器を含む。代替として、ドライバは、単一極性信号を生成するための信号発生器と、ドライバ出力を電極構成部に結合するためのスイッチ装置とを含んでもよい。これらは、反対の極性の信号をＥＡＰ層に供給する別のやり方を提供する。スイッチングユニットが使用される場合、簡易化されたより安価な信号発生器を使用することができる。
【００４１】
システム又はデバイスに関して記載されるような変更の手段が、対応する方法を変更するために使用される。そのような変更は、特許請求される又は記載されるシステム又はデバイスに関して記載されるものと同じ利点を有することができる。
【００４２】
本発明の例が、次に、同様の数字が同様のフィーチャを表す添付の概略図を参照して詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、面内の線形作動のためにクランプされていない既知の電気活性ポリマー構造部を示す図である。
【図２】図２は、面外への曲げ作動のためにバッキング（担体）層によって束縛されている既知の電気活性ポリマー構造部を示す図である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、ドライバ接続を含むアクチュエータデバイスの基本レイアウトを示す図である。図３Ｂのアクチュエータは２つのＥＡＰ層１４を有し、２つのＥＡＰ層１４は共通電極１２を共有する。
【図４】図４は、アクチュエータに印加される本発明によるリセット信号を使用しない駆動方式を示す図である。
【図５】図５は、図３のアクチュエータに図４の駆動方式を使用することによって観察される作動サイクルを示す図である。
【図６】図６は、図３のアクチュエータに印加される単一パルス三角リセット信号による駆動方式を示す図である。
【図７】図７は、図３のアクチュエータに図６の駆動方式を使用することによって観察される作動サイクルを示す図である。
【図８】図８は、図７の作動サイクル曲線を再度示しているが、ここでは、負電圧極性領域での作動が含まれている図である。
【図９】図９Ａ―図９Ｃは、制御信号シーケンスを示す図である。
【図１０】図１０は、駆動信号の前後にリセット信号がある制御信号を示す図である。
【図１１】図１１Ａ及び図１１Ｂは、異なる極性リセット信号をもつ制御信号を示す図である。
【図１２】図１２Ａ及び図１２Ｂは、それぞれ、一定の振幅をもつ脈動リセット信号を示す図、及び、減衰する振幅をもつ脈動リセット信号を示す図である。
【図１３】図１３Ａは、減衰のない交番リセット信号を示す図であり、図１３Ｂ及び図１３Ｃは、減衰する振幅を有する交番リセット信号を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明よる例示の制御信号を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明によるデバイスを示す図である。
【図１６】図１６は、図１５のデバイスなどの本発明によるデバイスの動作の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
電気活性ポリマーアクチュエータは、電気活性ポリマー構造部ＥＡＰを含む。電気活性ポリマー構造部ＥＡＰは、非作動状態と、ＥＡＰ構造部に電気駆動信号を印加することによって到達可能な少なくとも１つの作動状態（非作動状態と異なる）とを規定する。作動状態は、駆動信号の印加の際に変形するＥＡＰ構造部の性質のために、構造によって与えられる力（圧力）、力（圧力）の変化、及び／又はストロークである機械的作動の形態の作動を提供する。
【００４５】
電気駆動信号は、制御信号を受け取るための１つ又は複数の電極を有する電極構成部をもつＥＡＰ構造部に供給される。ＥＡＰ構造部は、電極構成部の電極間に存在する（例えば、電極間に挟まれる）。代替として、電極は、ＥＡＰ構造部の同じ側にあってもよい。いずれの場合も、電極は、中間にいかなる（受動）層もなしに直接に又は中間に追加の（受動）層を有して間接的にＥＡＰ材料に物理的に取り付けられる。しかし、これは必ずしもそうである必要はない。例えば、リラクサ又はパーマネント圧電又は強誘電体ＥＡＰでは、電極との直接的な機械的接触は必要ではない。これらの場合、電極がＥＡＰに電界を与えることができる限り、ＥＡＰの近傍の電極で十分である。しかしながら、ＥＡＰとしての誘電体エラストマでは、電極に印加された電界が、ＥＡＰを変形させる力をＥＡＰに強いるように、電極はＥＡＰ材料に物理的に接触する（例えば、取り付けられる）必要がある。したがって、電極は、電気活性ポリマー構造部の一部である。
【００４６】
本発明のコンテキスト内では、駆動信号及びリセット信号は、電圧信号レベルを有する電圧信号（電圧駆動）、又は電流信号レベルをもつ電流信号（電流駆動）である。電流信号は、電極の両端間の関連する電圧差に従う。電気駆動信号及びリセット信号は、電極構成部に供給されると、電極構成部の電極間に電圧差を引き起こし、その結果、ＥＡＰ構造部の少なくとも一部にわたる電界が生じる。当然のこととして、電気信号が電極にわたる電圧差を引き起こしその電圧差が正電圧のみ又は負電圧のみ（１つの基準に対して）を有する場合、駆動信号及び関連する電圧差は単極性であると定義される。同様に、信号が反対の極性の電圧差を引き起こす場合、駆動信号及びリセット信号の電圧差は、双極性であると定義される。０Ｖの駆動信号及び電圧差は、正でも負でもないので極性がないと定義される。
【００４７】
本発明は、１つ又は複数の作動事象のための１つ又は複数の作動信号の前及び／又は後にリセット信号をアクチュエータの電気活性ポリマー構造部に供給することを含む。リセット信号により、ＥＡＰにおけるトラップされた電荷、双極子、及び／又は他の欠陥の緩和が生じ、その結果、駆動信号を使用する後続の作動の際に、初期作動状態が、リセット信号の使用なしの場合よりも一定となるように規定される。
【００４８】
本発明は、ＥＡＰ材料を含む電気活性ポリマー構造部を有するアクチュエータデバイスに適用可能であり、この構造は、ＥＡＰ材料の少なくとも一部に電気駆動信号をかける際に機械的作動を行うことができる。機械的作動は、電気駆動信号が印加されたときＥＡＰが構造を変形させることができることに基づく。
【００４９】
そのようなアクチュエータの多くの異なるものを考案することができるが、本発明がどのように使用されるかを示すために、いくつかの例示のもののみを本明細書において以下で説明する。それにもかかわらず、本発明は、電圧を使用して駆動され同様の緩和効果を示すすべてのＥＡＰベースアクチュエータ又は他のポリマーアクチュエータに適用される。
【００５０】
図１及び図２は、本発明によるアクチュエータデバイスで使用される例示のＥＡＰ構造部を示す。図１のアクチュエータ構造とドライバ３０とを含む例示のアクチュエータデバイスが、図３に示される。図１の構造は、本出願の冒頭部で説明されている。図３は、電極１０及び電極１２に接続されるべきドライバ３０を示す。この場合のＥＡＰ層１４は、電極区域にわたって一定の層厚をもつ誘電体エラストマポリマーである。電極１０は、基準のために接地される（零電位又は電圧で）。電極１２は、ドライバ３０からの出力部に接続される。ドライバ３０は、変化する、可変の、又は調節可能な電圧レベルの形態の電気制御信号を電極に既定の又は調節可能な期間の間供給することができる。接地接続は、一般的な別個の接地接続（図示せず）とすることができるが、この場合、接地接続は、ドライバの別の出力部によって与えられ、次に、内部で、共通接地（例えばソケットの）に接続される。ドライバ３０は、電極構成部に印加されるべき電気駆動信号を生成するために、図示のように内部に、又は外部に、電圧源の電圧を使用するためのスイッチングユニットを含む。それにより、この場合、ドライバは、双極性電圧レベルをもつ駆動信号を電極１２に印加するように構成され、その結果、電圧レベルは、接地信号とともに、電極間に、関連する正極性（第１の極性）又は負極性（第２の極性）（それゆえに、電界方向）をもつ電圧差を規定する。それによって、電極間の電界の方向、したがってＥＡＰ材料に与えられる電界の方向は、逆転される。電極１２又は電極１０のいずれかが、極性の符号（電界の方向）を決定するために基準として使用される。この場合、極性は、電極１２の信号と接地信号との間の差として接地された電極に対して決定される。電圧差が例えば基準電極に対して正及び負の電圧差を含むように駆動信号の電圧レベルが調節される限り、他の基準電圧もまた、使用されてもよい。
【００５１】
再び、引き起こされる電圧差が本発明の要件に従って１つの選ばれた基準電極に関して極性を変更するように駆動信号が構成される限り、電圧差はまた、両電極に供給される駆動信号を使用することによって生成されることを当業者なら理解されよう。
【００５２】
駆動信号をＥＡＰ構造部に印加することにより、ＥＡＰ構造部は本出願の冒頭部で説明したように作動する。
【００５３】
図３Ａにおいて、アクチュエータ構造部は、単一ＥＡＰ層構造部である。これは、基本構成ある。代替として、しばしば実際には、多層ＥＡＰ構造部が使用され、その多層構造部は少なくとも２つのＥＡＰ層のスタックを含み、スタックは交互にＥＡＰ層と電極とを含む。２つのＥＡＰ層と３つの電極とをもつ一例が、図３Ｂに提供されている。他の数の層及び電極も可能である。多重ＥＡＰ層構造部は、例えば、より強力な作動を有することを可能にし、一方、作動電圧は、同じ機械動力出力に対して低く保つことができる。特に図３Ｂでは、多層スタックは、実際上、中間にＥＡＰ層１４を伴う電極１０及び１２を有するサブスタックを含む。各サブスタックは、ＥＡＰ層に正しい電圧を供給するために、全く同一のドライバと電極の適切な接続とを使用して図３Ａのものと同じように駆動される。アクチュエータの多くの他の構成が可能であるが、本発明は、それらのすべてに対して機能し、それゆえに、例示の多層スタックが、発明の作用及び効果を説明するために使用される。例示のスタックは、Ｎｏｖａｎｓｅｎｔｉｓ  ＰＶＤＦリラクサタイプ１  ＨＤであった。例示のスタックは、基板に取り付けられたスタック化アクチュエータ（１２×１４ｍｍ）（図２と同様に動作する）である。
【００５４】
図４は、４０秒の合計期間４２内に４つの連続的な作動事象を引き起こすための４つの連続的な駆動信号４１をもつ駆動方式（制御信号）４０を示す。各作動駆動信号は、１０秒の周期をもつ０ボルトと２００ボルトとの間の正弦波電圧信号（１００ボルトの正弦波振幅）である。例示のアクチュエータがこの駆動方式（制御信号）で駆動される場合、駆動方式電圧の関数としてのＥＡＰ構造部の変位を表す作動曲線は、図５に示される通りである。垂直変位軸の位置は任意に選ばれている。デバイスの静止状態（非作動状態）は０ボルトで≒−０．６ミリメートルであり、一方、最大変位は２００ボルトで≒０．２ミリメートルであり、その結果、作動ダイナミックレンジは、０ボルトと２００ボルトとの間の信号に対して≒０．８ミリメートルである。最も顕著には、図５において、４つの正弦波駆動信号によって引き起こされる４つの作動曲線５１、５２、５３、及び５４が、次の作動事象ごとに上の方にシフトしていることが分かる。したがって、連続的な信号ごとに、非作動状態、並びに２００ボルトで達せられる変位が、異なる。
【００５５】
この曲線シフト結果は、静止期間（ＥＡＰ構造部が駆動されていない期間）が、連続的な作動サイクル間に適用される場合でさえ生じる。その結果は、このように持続的であり、ＥＡＰ構造部内のトラップされた電荷、双極子などの前述の欠陥に起因する。その結果は、ポリマー材料の性質及びＥＡＰ構造部の構築（例えば、電極の積層及び取付け）にとりわけ強く関連しているので、その結果は、すべてではないが多くのタイプのＥＡＰ構造部にある程度存在する。この結果は、同じ駆動信号での所望の作動が、再現可能でなく、及び／又は使用履歴に依存するので、ＥＡＰベースアクチュエータの用途を妨げる。
【００５６】
本発明は、この結果を低減するか又は除去することを目的とする。図６及び図７の例が、本発明の第１の例を説明するために使用される。図６は、図４のものと同じである４つの連続的な正弦波駆動信号６１（４つの連続的な作動事象を引き起こすための）をもつ駆動方式（制御信号）６０を示す。各作動駆動信号は、１０秒の周期をもつ０ボルトと２００ボルトとの間の正弦波電圧信号（１００ボルトの正弦波振幅）である。したがって、駆動方式は、本発明による４つのリセット信号６２を含んでいることを除いて駆動方式４０と概ね同様である。より具体的には、各作動駆動信号の後、−５０ボルトの振幅及び０．１秒の期間をもつ負電圧の単一ピークの三角リセット信号６２（図６において下向きのスパイク６２によって表される）が存在する。
【００５７】
例示のアクチュエータがこの駆動方式６０で駆動される場合、ＥＡＰ構造部の変位を表す作動曲線は、図７に示される通りである。図５の曲線と同様に、垂直変位軸の位置は任意に選ばれている。デバイスの静止状態は、再び、０ボルトで≒−０．６ミリメートルであり、一方、最大変位は２００ボルトで≒０．２ミリメートルであり、その結果、図５におけるように、作動ダイナミックレンジは、０ボルト駆動信号と２００ボルト駆動信号との間で≒０．８ミリメートルである。しかしながら、図５の曲線とは対照的に、図７の曲線は概ね重なり合っている、すなわち、図５の曲線の上方シフトが、図７では非常に減少している。それゆえに、作動はより再現可能であり、すべての作動駆動信号で達せられた終点変位は事実上同一である。さらに、電圧スケールに沿った作動軌跡も４つの異なる曲線に関してほとんど同一である。したがって、駆動の再現性は大きく改善されている。
【００５８】
図８は、図７のものと同じものであるが、ここでは、作動電圧範囲８９の関数としてだけでなくリセット電圧範囲８７の関数としても曲線８２から曲線８８を示す。リセットパルスはこの場合変位を引き起こすが、それは、４つの作動サイクルの曲線がほとんど重なり合っているので正の作動電圧で到達される変位の再現性に影響がない。リセットパルスによって引き起こされた≒０．１ミリメートル（０ボルトで測定された）の変位は、そのようなリセットパルスが使用されなかった場合にドリフトによって引き起こされたアクチュエータ曲線の≒０．１５ミリメートル（図５において０ボルトで測定された）の残留変位よりも少ない。再び、このリセットパルスで引き起こされる変位は一定であり、そのため、それは、達成されるべき絶対的な所望の変位に達するために又は規定するために考慮される。
【００５９】
したがって、本発明は、動作中の作動の信頼性及び精度を向上させるという重要な利点を有する。本発明は、補正のためのクローズドループ動作の使用を必要とすることなく、より安定しより正確なアクチュエータ性能を可能にする。その上に、材料の理想的でない特性、ＥＡＰ電極などの材料の改善のための複雑な研究、及び少なくとも部分的にもはや用いられないＥＡＰ構造部の構造に関係なく、理想的でない材料を使用することができる。
【００６０】
上述の例では、リセットパルスは、駆動信号の極性と反対の電圧極性をもつ単一パルスであり、各駆動信号はリセットパルスが後続する。しかしながら、多くの他の構成及び変形を使用することができ、それらのうちのいくつかを本明細書において以下で説明する。
【００６１】
制御信号は、１つ又は複数の作動事象を引き起こすための１つ又は複数の駆動信号を有する。図９Ａは、持続時間９２をもつ１つの単一駆動信号９１と、駆動信号によって引き起こされるオフセット生成結果を補償するための駆動信号９１の後のリセット信号持続時間９４をもつリセット信号９３とを有する制御信号９０を示す。代替として、制御信号においてリセット信号当たり１つを超える駆動信号があってもよい。図９Ｂは、リセット信号９３が後続する２つの継続的な駆動信号９１をもつ制御信号９０を示す。駆動信号間に所定の遅延があるが、これは必要ではない。駆動信号は同じであってもよいが、異なっていてもよい。リセット信号当たり２つを超える駆動信号があってもよい。
【００６２】
図４から図７の例と同様に、図９Ａ及び図９Ｂのリセット信号は、補償しようとする駆動信号に後続する。しかしながら、これが一般に本発明に当てはまるとしても、これは、制御信号が駆動信号に後続するリセット信号を常に有するべきであることを必ずしも意味するとは限らないことに留意されたい。結局、補償リセット信号はまた、次の駆動信号の前に供給されてもよく、まさに次の制御信号の一部として規定される。図９Ｃは、これがどのように実施されるかを示す。２つの駆動信号９１及び９１’があり、各々が、対応する駆動信号９１及び９１’の前に対応するリセット信号９３及び９３’を有する。リセット信号９３’は、ここでは、前の駆動信号９１などの駆動信号９１を補償するように設計される。
【００６３】
制御信号の継続的な駆動信号間の待ち時間は、使用要件に従ってゼロ秒から所定の非ゼロ時間までの要望に従うことができる。待ち時間が長い場合、１つ又は複数の駆動信号当たり２つのリセットパルス、すなわち、１つ又は複数の駆動信号の直前の１つのリセット信号及び１つ又は複数の駆動信号直後の１つのリセット信号を有する（図１０）ことが有利である。１つ又は複数の駆動信号の直前及び直後のリセット信号は、反対の極性であってもよく、又は同じ極性であってもよい。信号間に遅延時間があってもよいがこれは、アクチュエータの使用要件に一般に依存するので必要とされない。各々のものが駆動信号の前に１つ又は複数のリセットパルスと、駆動信号の後に１つ又は複数のリセットパルスを有する（例えば、図１０の制御信号１００におけるように）多数の制御信号を使用すると、それにより、アクチュエータデバイスの動作中の継続的な駆動信号間に多数のリセット信号が存在する、すなわち、第１の制御信号に由来する１つ（最後のリセット信号）と、第２の制御信号に由来する１つ（開始リセット信号）とが存在する。
【００６４】
リセット信号は、駆動信号極性に対して反対の極性を有する少なくとも１つの部分又は少なくとも１つのリセット信号パルスを有することが好ましい。これは、例えば、駆動が単一極性駆動信号で行われる場合、又は駆動が主として１つの極性の駆動信号で行われる場合に有利である。リセット信号の反対極性は、ＥＡＰ構造部内の駆動信号の電界方向に対して反対の電界方向をもたらし、駆動信号の間にオフセット現象を引き起こすことにより生成された電界依存欠陥が、リセット信号によって減少されるか又は打ち消される。図９及び図１０は、負電圧（負極性）をもつリセット信号と、リセット信号の負電圧と反対の正電圧（正極性）をもつ駆動信号とを示している。
【００６５】
駆動信号が正極性信号と負極性信号の両方を有する場合、異なるオプションが利用可能である。図１１Ａは、正電圧を有する第１の駆動信号部分１１１と、部分１１１よりも小さいレベルの負電圧をもつさらなる駆動信号部分１１１’とを含む持続時間１１２の間の駆動信号をもつ制御信号１１０を示す。そのような信号は、例えば、信号極性に依存する作動出力方向を提供することができるアクチュエータで必要とされる。
【００６６】
駆動信号の第２の部分１１１’が第１の部分１１１によって引き起こされるオフセット結果を補償することができる場合、リセット信号は、駆動信号の第２の部分１１１’によって引き起こされるオフセット結果を補償するために使用される。そのとき、リセットパルスの極性は、部分１１１’の極性と反対である。他のリセット信号特性（本明細書において以下を参照）は、この場合にも、駆動信号１１１’の第２の部分に完全に基づくことができる（しかし、そうである必要はない）。
【００６７】
代替として、駆動信号の第２の部分１１１’が駆動信号の第１の部分１１１によって引き起こされるオフセット結果を打ち消すのに不十分である場合、パルス極性は、第２の部分１１１’の極性と反対に選ぶことができる、すなわち、第１の部分１１１と同じ極性に選ぶことができる。これが、図１１Ｂに示される。これらの場合、リセット信号極性は、例えば、駆動信号の第２の部分１１１’の少なくとも一部を含む駆動信号持続時間１１２の所定の期間内の信号レベルのまわりの非対称性を表すメトリックに基づいて選ばれる。そのようなメトリックは、所定の期間内の駆動信号下の全面積とすることができる。例えば、図１１Ｂでは、持続時間１１２内の時間にわたる電圧の積分は正の値になり、それは、リセットパルスが少なくとも同じ極性部分を有する必要があることを示す。所定の期間にわたる信号レベルを平均した符号がメトリックとして使用されてもよく、当業者はさらに他のそのようなメトリックを検討してもよい。所定の期間は全持続時間１１２である必要がなく、短くてもよいが、期間全体を使用するのは、両方の部分１１１及び１１１’の、及び多分さらに制御信号期間全体にわたる信号レベル変化及び／又は相対的持続時間を考慮することができるので有利である。
【００６８】
場合によっては、リセット信号は、駆動信号と同じ極性を有することができ、反対極性の部分を必要としない。そのとき、リセットパルスは、オフセット結果の一部を引き起こすトラップされた欠陥を動的に取り除くことができる。しかしながら、前に述べたように、これは、ほとんどの場合に好ましいやり方ではない。いずれにしても、リセット信号の極性が駆動信号の極性と異なる必要がない場合、図３Ａ及び図３Ｂのものなどのアクチュエータデバイスのドライバ３０は、両方の極性を供給できる必要がないことは明らかである。
【００６９】
以前に説明した例では、リセット信号は、１つのリセット信号パルスのみを含んでいた。しかしながら、リセット信号は、多数のリセット信号パルスを有するように様々な形状又は波形を有し、それらを効果的に規定するものを含むことができる。可変信号（ランダム又はそうでないもの）、脈動信号、又はさらに交番信号などのリセット信号が使用される。可変信号は、連続的に変化する信号、又は１つの極性若しくは２つの極性の階段状信号とすることができる。
【００７０】
１つのグループの例では、リセット信号は複数のリセット信号パルスを含む。そのようなリセット信号は、曲線シフト結果のさらに改善された低減を達成するために、欠陥を継続的に数回擾乱させるためのシェイクアップタイプの信号とすることができる。例えば、リセット信号持続時間内に複数の単極リセット信号パルスをもつリセット信号は、同じタイプの単一のリセット信号パルスをもち、マルチパルス信号のリセット信号持続時間に等しいリセット信号期間をもつリセット信号と比較して、改善された緩和効果を与えることが、上述の例示のアクチュエータについて実験的に確認されている。
【００７１】
１つのサブセットでは、リセット信号は、複数のパルスのすべてが同じ極性を有する脈動信号（単極脈動リセット信号）である。図１２Ａ及び図１２Ｂは、リセット信号持続時間１２１を有し、各々が、対応するリセット信号パルス期間１２３、１２３’、及び１２３”とリセット信号振幅１２４、１２４’、及び１２４”とをもつ３つの継続的な三角形状リセット信号パルス１２２、１２２’、及び１２２”を含むリセット信号１２０による例を示す。図１２Ａでは、リセット信号パルス期間及び振幅は同じである。図１２Ｂでは、振幅１２４、１２４’、及び１２４”は、次のリセット信号パルスごとに減少する。したがって、リセット信号パルス振幅の減衰がある。例えば、２番目のパルス振幅は１番目のパルス振幅の半分であり、以下同様である。線形減衰、指数関数減衰などのような他のパルス振幅変動、又はさらにランダムな変動が、以下で説明するように使用されてもよい。
【００７２】
マルチパルスリセット信号の別のサブセットでは、リセット信号は複数のリセット信号パルスを含み、複数のリセット信号パルスのうちの少なくとも２つは反対の極性を有する。リセット信号における異なる極性のリセット信号パルスの数及びその順序はランダムであってもよいが、そうでないことが好ましい。このように、リセット信号は交番信号とすることができる。リセット信号パルス間に遅延時間がないことが好ましいが、そうである必要はない。三角パルス及び矩形波パルスをもつ交番信号の例が、図１３Ａ、図１３Ｂ、及び図１３Ｃに示される。図１３Ａの三角形の一定振幅のリセット信号１３０は、リセット信号持続時間１３２内に、対応する期間１３３、１３３’、及び１３３”をもつ３つの連続的な三角リセット信号パルス１３１、１３１’、及び１３１”を含む。図１３Ｂ及び図１３Ｃのリセット信号は、リセット信号持続時間１３２内にそれぞれ１０個及び６個の矩形波リセット信号パルスを有する。いずれの場合も、対応する期間１３３、１３３’、及び１３３”をもつリセット信号パルス１３１、１３１’、及び１３１”のみが、見やすいように参照番号を用いて示されている。どちらの場合も、リセット信号の振幅は減衰する。図１３Ｂでは、リセット信号パルスの振幅は、２つの後続のパルスごとの後に減少するが、図１３Ｃでは、これは、次のリセット信号パルスごとに行われる。
【００７３】
マルチパルスリセット信号では、異なるリセット信号パルス極性の不均一な分布をもつ両極性パルスのセット（各セット内に正及び負の個々のパルス）を有することが有利である。したがって、例えば、正の部分で終わる駆動信号の後に負（リセット）電圧で始まり、正の駆動信号をもつ次の作動に続く前に負電圧で終わるか、又は図１３Ｃに示したように反対であることが望ましい。第１のパルスの極性は、先に説明したように、駆動履歴に応じて選ばれる。奇数の正パルス及び負パルスをもつリセット信号は、偶数のパルスによる状況とは対照的に、パルス自体内に多数の有効なリセットを備えるだけでなく、極性の一方に対してより大きい実効電圧×時間積ももたらす。
【００７４】
【表１】
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【００７５】
リセット信号振幅
上述で例示したように、単一及びマルチパルスリセット信号では、リセット信号レベル又はリセット信号振幅は、リセット信号の間に減衰させられる。一方、単一のリセットパルスでは、これは、単一のリセットパルスのレベルが次第に減少することを単に意味する（上述を参照）。一連の継続的なリセット信号パルスを含むマルチパルスリセット信号では、振幅は、既定のやり方で減少する。特に、振幅減衰構成をもつマルチパルスリセット信号は、「リセットすることが困難な」タイプのＥＡＰ材料又は構造に対してより効果的に働くことが期待される。結局、オフセット結果を引き起こすある欠陥は、リセットするために高い電界（パルス振幅）を必要とし、一方、他の欠陥は低い電界を必要とする。第１のリセット信号パルスによる高電界リセットが達成された後、低電界リセットが後続し、それにより、前のパルスにより以前にリセットされた部分の擾乱が防止される。リセット信号パルスの減衰に関する正確な数値的な詳細は、駆動されるＥＡＰ構造部の特性に依存する。しかし、線形、指数関数、又は他のタイプの減衰による方式が使用される。例えば、次のパルスごとの振幅は、１／５、１／３、１／２などの倍率で小さくなってもよい。
【００７６】
一般的な静電気の考察によれば、駆動信号又はリセット信号を供給する際にＥＡＰ構造部内に生成される電界は、信号レベル（電圧）と、電圧が与えられる間隔とに依存する。ＥＡＰ構造部では、これは、電界と電圧とがＥＡＰ構造部の層の厚さを介して関連づけられることを意味する。
【００７７】
反対の極性の駆動パルスを使用し、それによって、リセットパルスの（電圧×時間）の積が、作動電圧の達成するものよりも小さくなることは、ドリフトと作動振幅の両方にとって利点である。これらの例において、リセットパルスの（電圧×時間）の積が作動電圧のものの１／１０未満であることが好ましい。
【００７８】
上述の例示のアクチュエータによる経験に基づきながら、もう既によい効果が、リセット信号の以下のパラメータ範囲で達成される。
【００７９】
リセット信号のパルス振幅電界は、１０ボルト／ミクロンと３００ボルト／ミクロンとの間にあり、ここで、低い電界は、有利には、アクチュエータの変形をもたらさないが、高い電界は、図８を参照して説明したように変形をもたらす。それゆえに、電界の好ましい範囲は、１０ボルト／ミクロンと１００ボルト／ミクロンとの間、又はさらに１０ボルト／ミクロンと５０ボルト／ミクロンとの間である。リセット信号レベルは、それが補償しようとしている駆動信号レベルの少なくとも１／１０未満であることが好ましい。
【００８０】
リセット信号パルス持続時間は０．０１秒以上である。持続時間は０．０５秒以上であることが好ましい。１つのパルスしかない場合、この持続時間はリセット信号持続時間の値を表す。
【００８１】
リセット信号のリセットパルスの数は、１から１０の値に等しい。１より大きい値が、使用されてもよいが、多くの場合必要とされない。
【００８２】
上述の例では、リセット信号は、特定のタイプ、形状又は波形、例えば、三角波、矩形波などのリセットパルスを含むか、又はそれからなる。しかしながら、他の形状又は波形が、本発明の効果を損なうことなく例において使用されてもよく、そのような波形は、限定はしないが、正弦波、矩形波、その他組合せを含む。
【００８３】
マルチパルスリセット信号のすべてにおいて、継続的なリセット信号パルス間に時間遅延があってもよいが、そうである必要はない。
【００８４】
マルチパルス又は可変リセット信号のすべてにおいて、リセット信号パルス期間又は変動期間若しくは時間は、異なっていてもよく、又は同じであってもよい。異なるそのような期間は、オフセット結果を引き起こす欠陥が異なる緩和時間スケールを有する場合、利点を有する。リセット信号パルス期間は、この例ではリセット信号の間一定に保たれているが、リセット信号持続時間１２１内で変化してもよい（例えば、次のリセット信号パルスごとに減少又は増加してもよい）。持続時間又は期間は、高いリセット信号レベル又はパルス振幅では小さくなってもよい。
【００８５】
上述のマルチパルス信号の例のすべてにおいて、３つの信号リセットパルスが存在した。しかしながら、他の数のパルスが使用されてもよく、これらは、リセット信号ごとに異なってもよい。したがって、２、３、４、５、１０、１００、又は１０００を超える数のパルスを有するリセット信号が存在してもよい。パルスの数は、パルス期間及び総リセット信号持続時間に依存する。多くの場合、１０パルス未満で機能する。少ない数のパルスは、リセット信号の期間を制限する。リセット信号がデバイスの実際の使用時間の妨げになるので、多くの場合、できるだけ小さい値への制限が有利である。
【００８６】
除去効果を改善する／ＥＡＰ構造部内の内部摩擦を取り除くために、公称リセットパルス形状に重畳された高周波摂動が使用されてもよい。
【００８７】
上述で説明したように、オフセット結果の所望の補償を達成するために、リセット信号のパラメータの多くの組合せが選ばれる。例えば、リセット信号の以下のパラメータ、又はそのリセット信号パルスのうちのいずれかの以下のパラメータが、個々に又は組合せて設定される。タイプ形状又は波形（例えば、矩形波、三角波、正弦波、他のリセットパルス、及び／又は例えば可変、脈動、交番リセット信号）、パルスの数、持続時間若しくは期間、極性、レベル若しくは振幅、レベル若しくは振幅の減衰若しくは増加、周波数。これらのパラメータの１つ又は複数のセットは、特定のアクチュエータに対してより良好な又は最も良好なオフセット結果補償を与える、すなわち、パラメータのセットは、使用されるＥＡＰ構造部及び材料の設計並びに必要とされる作動（関連する駆動信号で達成される）に依存する。それゆえに、リセット信号パラメータは最適化される。
【００８８】
この最適化は、前もって又はアクティブフィードバックの使用により、試験と較正を使用して行われる。例えば、所望の作動のための１組の必要な駆動信号が、アクチュエータのオフセット結果を評価するために、リセット信号なしでアクチュエータに供給される。次に、異なる特性をもつリセット信号が駆動信号と組み合わされ、オフセット結果の低減への効果が観察される。次に、リセット信号が、これらの結果に基づいて選ばれ、デバイスの実際の使用の間使用される。
【００８９】
較正デバイスが、試験又はフィードバックのために使用されてもよい。そのようなデバイスは、本発明に従って駆動信号及びリセット信号を供給するための信号発生器と、信号で起動される作動を観察又は測定するための手段とを含む電子デバイスとすることができる。この手段は、例えば、作動を観察するためのカメラ、又はビーム偏向が測定されている間にアクチュエータから反射するレーザビーム、又はＥＡＰ構造部若しくは材料の作動依存電気特性（例えば、キャパシタンス）を測定する電気的フィードバックとすることができる。任意の他の作動フィードバック供給デバイスを使用することもできる。
【００９０】
この較正方法及びデバイスを用いて、駆動信号データ又はさらに作動データ（これらは駆動信号を必要とするので）に関連するリセット信号パラメータデータを記憶しているルックアップテーブルが構築される。さらに、インクリメンタル駆動信号又は作動に関連するリセット信号のインクリメンタルパラメータが使用される。したがって、例えば、駆動信号振幅がインクリメンタル値を用いて増加する場合、リセット信号は、増加する及び／又は長くする必要がある。
【００９１】
較正及びデバイスは、フィードバック及びフィードバックデバイスとして実施される。これは、オフセット結果補償への選択の自由を与える。その理由は、予測不可能な作動に対してある時点で選ばれた駆動信号に応じて、正確なフィードバックベースリセット信号が供給されるからである。
【００９２】
両方の場合に、駆動信号履歴追跡が実施される。それにより、データリセット信号パラメータを選ぶことができる最後のリセット信号の後に供給される駆動信号のデータ（パラメータ）が記憶されるか又はさらに決定される（測定される）（パラメータについては本明細書の上述を参照）。例えば、信号積分器が存在してもよい。
【００９３】
本発明を実施する本発明のデバイスの実施態様の一例として、図１５は、信号発生器１５１と、信号発生器を制御するためのプロセッサ１５２と、プロセッサによってアクセスされるデータ（例えば、電子）メモリ１５３とを含むコントローラ１５０”とともに図３のデバイスを示す。プロセッサ及びメモリは、標準技術を使用して製作された半導体ＩＣとすることができる。プロセッサは、本発明の方法を実施するためのある特定のタスクを実行するためにソフトウェアを走らせる。メモリには、本明細書で前に説明したようなルックアップテーブルが記憶される。
【００９４】
ソフトウェアは、ルックアップテーブルを作成するために、リセット信号データ及び駆動信号データをメモリに記憶させる機会をユーザに与えることを可能にする。しかし、代替として、ルックアップテーブルは、工場レベルで事前設定され固定されてもよい。ルックアップテーブルには、例えば、駆動信号振幅及びリセット信号振幅に関連するデータが記憶される。したがって、例えば、駆動信号が大きいほど、大きいリセット信号が必要とされる。
【００９５】
デバイスのメモリ１５３は、リセット信号が例えば０．１秒の長さであり３つの等しい長さの三角パルスを含む信号であることを規定するために他の（この場合には所定の）リセット信号データをさらに記憶する。データは、信号がリセット信号に先行する駆動信号の最後の部分と反対の極性を有するべきであることをさらに規定する。すべての次の振幅が前の振幅の半分の大きさとなるようなリセット信号パルス振幅の減衰がある。この例の場合、これらのデータは、固定されているが、ユーザ定義可能にしてもよい。
【００９６】
デバイス１５１’は、適切なインタフェースによりプロセッサに接続されるキーボード、マウスタッチスクリーンなどのユーザ入力デバイスをさらに含む。同様に、デバイスは、適切なインタフェースによりプロセッサに接続されるディスプレイ又はオーディオデバイスなどの出力デバイスを有する。したがって、入力デバイス及びソフトウェアは、ユーザに所定のリセット信号データを定義させるのに適する。代替として、そのようなデータは、工場で定義されてもよい。
【００９７】
デバイス１５０は、ＥＡＰ構造部を含むアクチュエータを含む。これは、本発明による任意の種類のアクチュエータとすることができる。それゆえに、デバイスは、カテーテル又は他の体管腔デバイス、パーソナルケアデバイスなどとすることができる。ドライバから取り外せる場合、異なるタイプのアクチュエータが、必要に応じてドライバで駆動され得る。
【００９８】
図１６は、アクチュエータデバイス１５０の可能な動作方法の例示の流れ図１６０を示す。デバイスは、ＥＡＰ構造部への制御信号１６７’の印加１６８によって引き起こされる特定の作動（変位、又は圧力など）をデバイスに出力させるためにユーザの入力１６１を受け取る。入力１６１’に基づいて、特定の作動を達成するための駆動信号１６２’が、ステップ１６２において規定される。駆動信号１６２’に基づいて、リセット信号の駆動信号依存データ１６５’（この場合、例えば、リセット信号振幅、及び駆動信号の極性と反対の極性）がステップ１６５において検索され、所定のリセット信号データ１６６’（例えば、信号形状持続時間、及びパルスの数）がステップ１６６において検索され、ステップ１６４において組み合わされて、リセット信号１６４’が形成される。ステップ１６７において、駆動信号１６２’とリセット信号’１６４とが組み合わされて、制御信号１６７’が形成される。制御信号は引き続いてステップ１６８においてＥＡＰ構造部に印加されて、アクチュエータデバイスに所望の作動を出力させる。
【００９９】
本発明は、特に、ＥＡＰ構造部の一部としてＥＡＰ材料を含むＥＡＰアクチュエータの作動に関する。これは、ＥＡＰ構造部に電気信号を供給する際にＥＡＰ構造部を変形させることができる材料である。そのため、ＥＡＰ材料は、１つ又は複数のＥＡＰを有する１つ又は複数のマトリクス材料を含むか又はそれらからなる混合物（均質又は不均質）である。これは、例えば、さらなるポリマーマトリクス材料中のＥＡＰ分散物である。さらなるポリマーマトリクス材料は、マトリクスネットワーク内に混合又は分散されたＥＡＰによって引き起こされる変形を可能にするネットワークポリマーである。ＥＡＰ材料は、ネットワークポリマーに分散される。弾性材料はそのようなネットワークの例である。そのような複合ＥＡＰ材料中のＥＡＰの量は、＞５０重量％若しくはモルパーセント、＞７５重量％若しくはモルパーセント、又は＞９０重量％若しくはモルパーセントからなる群から選ばれることが好ましい。ＥＡＰ材料は、ＥＡＰ（又はＥＡＰ活性基）の一部及び不活性な他のポリマーの一部を分子中に含有するポリマーをさらに含んでもよい。多くの電気活性ポリマーを使用することができ、そのうちのいくつかを以下で説明する。
【０１００】
電界駆動型ＥＡＰのサブクラス内で、電界駆動型ＥＡＰの最初に注目すべきサブクラスは、圧電及び電歪ポリマーである。従来の圧電ポリマーの電気機械性能は限定されているが、この性能の改善のブレークスルーが、自発電気分極（電界駆動整列）を示すＰＶＤＦリラクサポリマーをもたらした。これらの材料は、歪み方向の性能の改善のために予歪みされる（予歪みはより良好な分子整列を引き起こす）。
【０１０１】
電界駆動型ＥＡＰの別のサブクラスは、誘電エラストマのものである。この材料の薄膜がコンプライアント電極間に挟まれ、平行平板キャパシタなどのキャパシタが形成される。誘電エラストマの場合には、印加電界によって誘起されるマクスウェル応力が、膜に応力を招き、それにより、膜は、厚さでは収縮し、面では拡大する。歪性能は、一般に、エラストマを予歪みさせることによって拡大される（予歪を保持するためにフレームを必要とする）。歪は、かなりの大きさとすることができる（１０〜３００％）。この種類の材料では、電極は、直接に又は中間材料層を用いてＥＡＰ材料に機械的に取り付けられることが好ましい。
【０１０２】
第１のサブクラスの材料では、歪が、通常、中程度の領域（１〜５％）にあるので、普通、薄膜金属電極が使用され、さらに、例えば、導電性ポリマー、カーボンブラックベースオイル、ゲル、又はエラストマなどのような他のタイプの電極が使用されてもよい。第２の種類の材料では、一般に、電極材料のタイプは、高い歪みによって制約される。したがって、低い歪み及び中程度の歪みをもつ誘電体材料では、金属電極及び導電性ポリマー電極が考慮される。高歪み領域では、カーボンブラックベースオイル、ゲル、又はエラストマが、一般に、使用される。
【０１０３】
イオンＥＡＰの最初に注目すべきサブクラスは、イオン性ポリマー金属複合材料（ＩＰＭＣ）である。ＩＰＭＣは、２つの薄い金属又はカーボンベース電極間に積層された溶媒膨潤イオン交換ポリマーメンブレンからなり、電解質の使用を必要とする。典型的な電極材料は、Ｐｔ、Ｇｄ、ＣＮＴ、ＣＰ、Ｐｄである。典型的な電解質は、Ｌｉ＋及びＮａ＋水性溶液である。電界が印加されると、陽イオンは、一般に、水と一緒にカソード側に移動する。これは、親水性クラスタの再編及びポリマー膨張を引き起こす。カソード区域の歪みは、ポリマーマトリクスの残りの部分に応力をもたらし、アノードの方への曲げという結果になる。印加電圧を逆にすると曲げが逆になる。よく知られているポリマーメンブレンは、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）及びＦｌｅｍｉｏｎ（登録商標）である。
【０１０４】
イオン性ポリマーの別の注目すべきサブクラスは、共役／導電性ポリマーである。共役ポリマーアクチュエータは、一般に、共役ポリマーの２つの層によって挟まれた電解質からなる。電解質は、酸化状態を変えるために使用される。電位が電解質を通してポリマーに印加されると、電子が、ポリマーに加えられるか又はポリマーから取り除かれ、それにより、酸化及び還元が推進される。還元は収縮を招き、酸化は膨張を招く。
【０１０５】
場合によっては、ポリマー自体が十分な導通性を欠いている（次元に関して）場合、薄膜電極が加えられる。電解質は、液体、ゲル、又は固体材料（すなわち、高分子量ポリマー及び金属塩の複合体）とすることができる。最も一般的な共役ポリマーは、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリアニリン（ＰＡＮｉ）及びポリチオフェン（ＰＴｈ）である。
【０１０６】
アクチュエータは、さらに、電解質中に懸濁されたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）から形成されてもよい。電解質は、ナノチューブと二重層を形成し、それにより、電荷の注入が可能になる。この二重層電荷注入は、ＣＮＴアクチュエータの主な機構と考えられる。ＣＮＴは、電荷がＣＮＴに注入され、次に、電解質のＣＮＴ表面への移動によって形成される電気二重層によって平衡化される電極キャパシタとして働く。炭素原子の電荷を変化させると、Ｃ−Ｃ結合長が変化することになる。その結果、単一のＣＮＴの膨張及び収縮が観察される。
【０１０７】
したがって、上述の材料に関して及びより詳細には、電気活性ポリマーには、限定はしないが、サブクラス、すなわち、圧電ポリマー、電気機械ポリマー、リラクサ強誘電性ポリマー、電歪ポリマー、誘電エラストマ、液晶エラストマ、共役ポリマー、イオン性ポリマー金属複合材料、イオン性ゲル、及びポリマーゲルが含まれる。
【０１０８】
サブクラスの電歪ポリマーには、限定はしないが、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニリデンフルオライド−トリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド−トリフルオロエチレン−クロロフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド−トリフルオロエチレン−クロロトリフルオロエチレン（ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）、ポリウレタン、又はそれらの混合物が含まれる。
【０１０９】
サブクラスの誘電エラストマには、限定はしないが、アクリレート、ポリウレタン、シリコーンが含まれる。
【０１１０】
サブクラスの共役ポリマーには、限定はしないが、ポリピロール、ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン、ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）、ポリアニリンが含まれる。
【０１１１】
イオンデバイスは、イオン性ポリマー−金属複合材料（ＩＰＭＣ）又は共役ポリマーに基づく。イオン性ポリマー−金属複合材料（ＩＰＭＣ）は、印加電圧又は電界の下で人工筋肉挙動を示す合成複合ナノ材料である。
【０１１２】
より詳細には、ＩＰＭＣは、表面が白金若しくは金などの導体で化学的にメッキされるか又はカーボンベース電極で物理的に被覆されたＮａｆｉｏｎ又はＦｌｅｍｉｏｎのようなイオン性ポリマーから構成される。印加電圧の下で、ＩＰＭＣのストリップの両端に加えられた電圧によるイオン移動及び再分配が、曲げ変形を招く。ポリマーは、溶媒膨潤イオン交換ポリマーメンブレンである。電界により、陽イオンは水と一緒にカソード側に移動する。これは、親水性クラスタの再編及びポリマー膨張を引き起こす。カソード区域の歪みは、ポリマーマトリクスの残りの部分に応力をもたらし、アノードの方への曲げという結果になる。印加電圧を逆にすると曲げが逆になる。
【０１１３】
ＥＡＰ構造部の電極には、各々が特定の利点及び効果をもつ多くの構成がある。
【０１１４】
メッキされた電極が非対称構成で配置される場合、加えられた信号（例えば、電圧）は、あらゆる種類の変形、例えば、ＥＡＰ構造部の撚り、回転、捻り、反転、及び非対称な曲げ変形などを誘導することができる。
【０１１５】
これらの例のすべてにおいて、追加の受動層が、印加電界又は電流に応じてＥＡＰ材料層の電気的及び／又は機械的挙動に影響を与えるために設けられてもよい。
【０１１６】
各ユニットのＥＡＰ材料層は電極の間に挟まれる。代替として、電極は、ＥＡＰ材料の同じ側にあってもよい。いずれの場合も、電極は、中間にいかなる（受動）層もなしに直接に又は中間に追加の（受動）層を有して間接的にＥＡＰ材料に物理的に取り付けられる。しかし、これは必ずしもそうである必要はない。リラクサ又はパーマネント圧電又は強誘電体ＥＡＰでは、直接接触は必要ではない。後者の場合、電極がＥＡＰに電界を与えることができる限り、ＥＡＰの近傍の電極で十分であり、電気活性ポリマー構造部は作動機能を有することになる。電極は、ＥＡＰ材料層の変形に従うように伸縮可能にすることができる。電極に好適な材料が、さらに、知られており、例えば、金、銅、若しくはアルミニウムなどの薄い金属フィルム又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（ＰＥＤＯＴ）、例えば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）ポリ（スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）などの有機導体からなる群から選択されてもよい。例えばアルミニウム被覆を使用したメタライズ化ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのメタライズ化ポリエステルフィルムが使用されてもよい。
【０１１７】
異なる層の材料は、例えば、異なる層の弾性率（ヤング率）を考慮に入れて選択される。したがって、あまりにも堅い層は、ＥＡＰ材料により引き起こされる作動力を妨害する。それゆえに、追加層は、ＥＡＰ材料層又は部品自体よりも堅くないことが好ましい。
【０１１８】
上述で論じたものへの追加層、例えば、接着のための追加ポリマー層などは、デバイスの電気的又は機械的挙動を適応させるために使用される。
【０１１９】
デバイスは単一のアクチュエータとして使用されてもよく、又はさらに、例えば、２Ｄ又は３Ｄ輪郭の制御を行うためにデバイスの列又はアレイであってもよい。
【０１２０】
本発明は、特に、いくつかのアクチュエータ例について上述した閾値機能の結果として、アクチュエータのパッシブマトリクスアレイが重要である例を含む多くのＥＡＰ用途において適用される。
【０１２１】
多くの用途において、製品の主な機能は、ヒト組織の（局所的な）操作、又は組織接触界面の作動に依存する。そのような用途において、ＥＡＰアクチュエータは、主として、小さいフォームファクタ、柔軟性、及び高エネルギー密度のために、独特の利益を提供する。それゆえに、ＥＡＰは、柔らかい３Ｄ形状及び／又は小型の製品及びインタフェースに容易に統合される。そのような用途の例は次の通りである。
【０１２２】
皮膚を伸ばす又はしわを減らすために一定の又は周期的な伸張を皮膚に付与するＥＡＰベース皮膚パッチの形態の皮膚作動デバイスなどの皮膚美容処置。
【０１２３】
顔の赤い跡を減らすか又は防止する、皮膚に交互の正常圧を供給するための、ＥＡＰベースアクティブクッション又はシールを有する患者インタフェースマスクもつ呼吸デバイス。
【０１２４】
適応シェービングヘッドをもつ電気シェーバー。密接度と刺激との間のバランスに影響を与えるために、皮膚接触面の高さがＥＡＰアクチュエータを使用して調節される。
【０１２５】
特に歯の間の空間において吹付けの届く距離を改善するための動的ノズルアクチュエータをもつエアーフロスなどの口腔クリーニングデバイス。代替として、歯ブラシが、活性タフトを備えてもよい。
【０１２６】
ユーザインタフェースに又はその近くに統合されたＥＡＰトランスデューサのアレイを介して局所触覚フィードバックを行う家電デバイス又はタッチパネル。
【０１２７】
蛇行状血管内の容易なナビゲーションを可能にするための操縦可能チップをもつカテーテル。
【０１２８】
ＥＡＰアクチュエータから利益を得る別のカテゴリーの関連用途は、光の修正に関する。レンズ、反射面、回折格子などのような光学要素は、ＥＡＰアクチュエータを使用した形状又は位置調節によって適応可能にすることができる。ここで、ＥＡＰの利点は、例えば低い電力消費である。
【０１２９】
開示した実施形態への他の変形は、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲に関する検討から、特許請求した本発明を実行する際に当業者によって理解され達成され得る。特許請求の範囲において、「備えている、含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という単語は、他の要素又はステップを排除せず、「ａ」又は「ａｎ」という不定冠詞は、複数を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に使用できないことを示していない。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。
【０１３０】
要約すると、本発明は、１つ又は複数の作動信号の前及び／又は後にリセット信号をアクチュエータの電気活性ポリマー構造部に供給することを含む。リセット信号により、ＥＡＰ又はＥＰＡ構造における欠陥、例えば、トラップされた電荷、双極子、及び／又は他のものなどの緩和が生じ、その結果、駆動信号を使用する後続の活性化の際に、初期作動状態が、リセット信号の使用なしよりも一定となるように規定される。それゆえに、本発明を使用するデバイスの作動出力はさらに再現可能となる。本発明は、ＥＡＰ材料を含む電気活性ポリマー構造部を有するアクチュエータデバイスに適用可能であり、この構造は、ＥＡＰ材料の少なくとも一部に電気駆動信号をかけるとき機械的作動を提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年12月7日(2017.12.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスを操作する方法であって、前記デバイスは、
制御信号を受け取るための電極構成部と、
前記制御信号に応じて作動を行うための電気活性ポリマー構造部であって、前記作動は、電気活性ポリマー構造部が、非作動状態から作動状態へ移行し、その後、緩和すると前記非作動状態へ戻るようにする、電気活性ポリマー構造部とを含む、電気活性ポリマーアクチュエータを含み、
前記方法は、
前記作動を引き起こすための第１の極性を有する駆動信号と、前記第１の極性と反対の第２の極性を有し、前記駆動信号に先行する及び／又は後続し、連続する作動にわたって、前記非作動状態の変位を低減又は排除するリセット信号とを含む前記制御信号を生成するステップと、
前記制御信号を前記電極構成部に印加するステップと
を有し、
前記リセット信号の振幅の大きさがレベル倍率と前記駆動信号の振幅の大きさとの積以下であり、前記レベル倍率が、０．５、０．２、０．１、０．０５、０．０２、０．０１からなる群から選ばれる、方法。
【請求項２】
前記リセット信号の振幅の大きさは、前記電極構成部に印加されたとき前記リセット信号によって引き起こされる前記電気活性ポリマー構造部間の電界がミクロン当たり１０ボルトとミクロン当たり３００ボルトとの間にあるような大きさである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記リセット信号を、０．０１秒と１秒との間にあるリセット信号持続時間の間印加するステップを有する、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記リセット信号持続時間にわたる前記リセット信号の振幅の大きさの積分が、積分倍率と、前記駆動信号持続時間にわたる前記駆動信号の振幅の大きさの積分との積以下であり、前記積分倍率が、０．５、０．２、０．１、０．０５、０．０２、０．０１からなる群から選ばれる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記駆動信号が、駆動信号持続時間を有し、
前記駆動信号持続時間全体又は前記駆動信号持続時間の終わりの部分の間、前記駆動信号が、第１の極性を有し、前記リセット信号が、前記第１の極性と反対の第２の極性を少なくとも１つの部分で含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記リセット信号が、可変信号若しくは交番信号を含むか、又は、可変信号若しくは交番信号からなる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記リセット信号が、複数のリセット信号パルスを含むか、又は、複数のリセット信号パルスからなる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記リセット信号が、一定の期間若しくは変動する期間を有する交番信号を含むか、又は、一定の期間若しくは変動する期間を有する交番信号からなる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記リセット信号パルスの各々が、最大リセット信号パルスレベルを有し、前記リセット信号パルスレベルの絶対値が、前記リセット信号内の複数のリセットパルスのうちの次のリセットパルスごとに減少する、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記リセット信号が、少なくとも第１の極性と、前記第１の極性と反対の第２の極性とを含む、請求項６乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
複数の駆動信号を規定するための駆動信号データ及び複数のリセット信号を規定するためのリセット信号データを含むルックアップテーブルを提供するステップであって、前記駆動信号データの各々の１つが前記リセット信号データの１つと関連づけられる、提供するステップと、
駆動信号の規定の際に、前記ルックアップテーブルから、前記ルックアップテーブル内の１つ又は複数の駆動信号データに基づいてリセット信号のためのリセット信号データを検索するステップと、
前記リセット信号データ及び検索された前記リセット信号データを使用して前記制御信号の前記駆動信号及び前記リセット信号を生成するステップとをさらに有する、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記電気活性ポリマーアクチュエータの作動履歴を決定するステップと、
前記作動履歴に基づいてリセット信号を生成するステップと
をさらに有する、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記リセット信号が、
駆動信号ごとに後続する及び／又は先行する、
複数の駆動信号に後続する及び／又は先行する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
コンピュータ可読記憶媒体に記憶されるコンピュータ可読コードを含むコンピュータプログラムであって、前記コンピュータ可読コードは、電気活性ポリマーアクチュエータを含む装置で実行されると、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法のステップの実行をもたらす、コンピュータプログラム。
【請求項１５】
コントローラからの制御信号を受け取るための電極構成部、及び、前記制御信号に応じて作動を行うための電気活性ポリマー構造部であって、前記作動は、電気活性ポリマー構造部が、非作動状態から作動状態へ移行し、その後、緩和すると前記非作動状態へ戻るようにする、電気活性ポリマー構造部を含む電気活性ポリマーアクチュエータと、
前記電気活性ポリマーアクチュエータを制御するためのコントローラと
を含むデバイスであって、
前記コントローラが、
前記作動を引き起こすための第１の極性を有する駆動信号と、
前記第１の極性と反対の第２の極性を有し、前記駆動信号に先行する及び／又は後続し、連続する作動にわたって、前記非作動状態の変位を低減又は排除する、リセット信号と
を含むように前記制御信号を生成することと、
前記制御信号を前記電極構成部に印加することと
を行い、
前記リセット信号の振幅の大きさがレベル倍率と前記駆動信号の振幅の大きさとの積以下であり、前記レベル倍率が、０．５、０．２、０．１、０．０５、０．０２、０．０１からなる群から選ばれる、デバイス。
【請求項１６】
プロセッサ及びメモリを含み、前記メモリが請求項１４に記載のコンピュータプログラムを含み、前記プロセッサが、前記コンピュータプログラムの前記コンピュータ可読のコードを実行する、請求項１５に記載のデバイス。
【国際調査報告】
2019517235.tif 000027
2019517235.tif 000028