(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの誘電エラストマーフォイル（１０、１６、２２、３０、４６）を準備することと、付着ステップにおいてエラストマーフォイル（１０、１６、２２、３０、４６）の少なくとも１つの第１の部分（１６．１、１６．４、２２．１）に対して少なくとも１つの電極層（１２、１８、２０、２４、２６、２８、４２）の付着することと、第１のプレート（２．１）および第２のプレート（２．２）を有する折り畳み装置（２）の受け領域（４）上にエラストマーフォイル（１０、１６、２２、３０、４６）を配置することと、受け領域（４）の上にエラストマーフォイル（１０、１６、２２、３０、４６）を固定することと、エラストマーフォイル（１０、１６、２２、３０、４６）の第１の部分（１６．１、１６．４、２２．１）とエラストマーフォイル（１０、１６、２２、３０、４６）の第２の部分（１６．２、１６．３、２２．３）との間に電極層（１２、１８、２０、２４、２６、２８、４２）が配置されるように、第２のプレート（２．２）に対して第１のプレート（２．１）を折り畳むことによって、折り畳みステップにおいてエラストマーフォイル（１０、１６、２２、３０、４６）の別の部分（１６．２、１６．３、２２．３）上にエラストマーフォイル（１０、１６、２２、３０、４６）の第１の部分（１６．１、１６．４、２２．１）を折り畳むこととを備える少なくとも１つの多層電気機械変換器（４４）を製造するためのプロセスに関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの多層電気機械変換器（４４）を製造する方法であって、
少なくとも１つの誘電エラストマーフィルム（１０、１６、２２、３０、４６）を用意するステップと、
付着ステップにおいて前記エラストマーフィルム（１０、１６、２２、３０、４６）の少なくとも１つの第１の部分（１６．１、１６．４、２２．１）に対して少なくとも１つの電極層（１２、１８、２０、２４、２６、２８、４２）を付着するステップと、
第１のプレート（２．１）および少なくとも１つの第２のプレート（２．２）を有する折り畳み装置（２）の受け面（４）上に前記エラストマーフィルム（１０、１６、２２、３０、４６）を配置するステップと、
前記受け面（４）上に前記エラストマーフィルム（１０、１６、２２、３０、４６）を固定するステップと、
前記エラストマーフィルム（１０、１６、２２、３０、４６）の前記第１の部分（１６．１、１６．４、２２．１）と前記エラストマーフィルム（１０、１６、２２、３０、４６）の前記第２の部分（１６．２、１６．３、２２．３）との間に電極層（１２、１８、２０、２４、２６、２８、４２）が配置されるように、前記第２のプレート（２．２）に対して前記第１のプレート（２．１）を折り畳むことによって、折り畳みステップにおいて前記エラストマーフィルム（１０、１６、２２、３０、４６）のさらなる部分（１６．２、１６．３、２２．３）上に前記エラストマーフィルム（１０、１６、２２、３０、４６）の第１の部分（１６．１、１６．４、２２．１）を折り畳むステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記第１のプレート（２．１）は、前記第２のプレート（２．２）に移動可能に接続され、
前記第１のプレート（２．１）および前記第２のプレート（２．２）は、特にヒンジ装置（８）を介して接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電極層（１２、１８、２０、２４、２６、２８、４２）は、バインダーと混合され、
および／または
前記電極層（１２、１８、２０、２４、２６、２８、４２）は、前記折り畳みステップの前に乾燥させられる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記エラストマーフィルム（１０、１６、２２、３０、４６）は、前記電極層（１２、１８、２０、２４、２６、２８、４２）の付着の前にプレストレッチされ、
前記プレストレッチされたエラストマーフィルム（１０、１６、２２、３０、４６）は、前記プレストレッチを固定するために非弾性材料を備え、
および／または
前記エラストマーフィルム（１０、１６、２２、３０、４６）は、前記電極層（１２、１８、２０、２４、２６、２８、４２）の付着の後にプレストレッチされ、
前記プレストレッチされたエラストマーフィルム（１０、１６、２２、３０、４６）は、前記プレストレッチの前記固定のために非弾性材料を備える
ことを特徴とする請求項１〜３の一項に記載の方法。
【請求項５】
前記折り畳み装置（２）上に前記エラストマーフィルム（１０、１６、２２、３０、４６）を固定する前または後に、前記エラストマーフィルム（１０、１６、２２、３０、４６）は、折り畳み端部（５２）にて少なくとも部分的に寸断されることを特徴とする請求項１〜４の一項に記載の方法。
【請求項６】
前記付着ステップおよび／または前記折り畳みステップは、少なくとも２回、好ましくは少なくとも５回、特に好ましくは１０回、最も特に好ましくは２０回繰り返されることを特徴とする請求項１〜５の一項に記載の方法。
【請求項７】
前記付着ステップにおいて、複数の分離した電極層（１２、１８、２０、２４、２６、２８、４２）は、前記エラストマー層（１０、１６、２２、３０、４６）の少なくとも前記第１の部分（１６．１、１６．４、２２．１）に付着されることを特徴とする請求項１〜６の一項に記載の方法。
【請求項８】
前記折り畳みステップの後、複数の折り畳まれたエラストマーフィルムは、層の数を増加させるために積層されることを特徴とする請求項１〜７の一項に記載の方法。
【請求項８】
前記折り畳みステップ／積層ステップの後、少なくとも１つの多層電気機械変換器（４４）は取り外され、前記取り外しは、特に、打ち抜きおよび／または切断により行われることを特徴とする請求項１〜７の一項に記載の方法。
【請求項９】
第１の接触用電極層（４０．１）は、第１の電極層（４２．１）に対して／第１の電極層（４２．１）から第１の電位を印加するおよび／またはタップするように設計されて、前記電気機械変換器（４４）の前記第１の電極層（４２．１）に接続され、
第２の接触用電極層（４０．２）は、第２の電極層（４２．２）に対して／第２の電極層（４２．２）から第２の電位を印加するおよび／またはタップするように、前記電気機械変換器（４４）の前記第２の電極層（４２．２）に接続され、
前記第１の電極層（４２．１）および前記第２の電極層（４２．２）は、前記電気機械変換器（４４）内に交互に配置される
ことを特徴とする請求項１〜８の一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記電気機械変換器（４４）は、カプセル化され、
前記電気機械変換器（４４）は、前記カプセル化のためにポリウレタンシェル（３６）および／またはシリコーンシェル（３６）内にポッティングされる
ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記エラストマーフィルム（１０、１６、２２、３０、４６）は、前記電極層（１２、１８、２０、２４、２６、２８、４２）の付着の前にコロナ照射および／またはプラズマ処理によって処理され、
および／または
前記エラストマーフィルム（１０、１６、２２、３０、４６）は、前記電極層（１２、１８、２０、２４、２６、２８、４２）の付着の後にコロナ照射および／またはプラズマ処理によって処理される
ことを特徴とする請求項１〜１０の一項に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１〜１２の一項に記載の方法によって製造された電気機械変換器（４４）。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電気機械変換器（４４）を備えるコンポーネント。
【請求項１４】
アクチュエータ、センサ、および／または発電機として、請求項１２に記載の電気機械変換器（４４）の使用法。
【請求項１５】
電気機械変換器（４４）を製造するための、特に請求項１〜１２の一項に記載の方法を実行するための装置（２）であって、
第１のプレート（２．１）と、
少なくとも１つの第２のプレート（２．２）と、
を備え、
前記第１のプレート（２．１）は前記第２のプレート（２．２）に対して折り曲げ可能であり、
前記第１のプレート（２．１）および前記第２のプレート（２．２）は、誘電エラストマーフィルム（１０、１６、２２、３０、４６）を受け入れるための受け面（４）を有し、
前記受け面（４）は、前記装置（２）上に前記エラストマーフィルム（１０、１６、２２、３０、４６）を固定するように設計される装置（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層電気機械変換器（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を製造する方法、電気機械変換器、電気機械変換器を備えるコンポーネント、電気機械変換器の使用法、および電気機械変換器を製造するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機械変換器は、電気エネルギーを機械エネルギーに、またはその逆に、変換する。電気機械変換器は、センサ、アクチュエータ、および／または発電機の構成部品として用いられることができる。
【０００３】
このような変換器の基本的な構造は、電気活性高分子（ＥＡＰ）から構成される。構造原理および作用様式は、電気的なコンデンサの構造原理および作用様式と同様である。誘電体は、電圧が印加される２つの導電性プレート間、すなわち電極間に存在する。但し、ＥＡＰは、ある意味では電界に依存して変形する伸長性のある誘電体である。より具体的には、ＥＡＰは、例えば特許文献１に記載されているように、高電気抵抗率を有するとともに高伝導性（電極）の伸長性のある電極により両側上がコーティングされる、通常はフィルム状の誘導エラストマー（ＤＥＡＰ；誘電性電気活性高分子）である。この基本的構造は、センサ、アクチュエータ、または発電機の製造のために幅広い種類の個別の構成において用いられることができる。単一層構造だけでなく、多層電気機械変換器も知られている。
【０００４】
アクチュエータ、センサ、および／または発電機などの付着に依存して、このような変換器システムにおける弾性誘電体のような電気活性高分子は、個別の電気的且つ機械的性質を有する。
【０００５】
それらが共有する電気的性質は、誘電体の高内部電気抵抗、高絶縁耐力、電極の高導電性、および適用の周波数レンジにおける高誘電率である。これらの特性は、電気活性高分子で満たされた体積内に大量の電気エネルギーの長期保存を可能にする。
【０００６】
共有される機械的性質は、十分に高い破断点伸び、低い永久伸び、および十分に高い圧縮／引張強度である。これらの特性は、エネルギー変換器に対する機械的損傷のない十分に高い弾性変形能を保証する。
【０００７】
「引張を受けて」操作される、すなわち、動作の間に引張応力にさらされる、電気機械変換器にとって、これらのエラストマーが永久伸びを有しないことはとりわけ重要である。特に、一定周期の伸長の後、もはや機械的な復元力がなく、且つ、結果的に、もはや電気活性効果がないので、フローまたは「クリープ」は生じないに違いない。そのため、エラストマーは、機械的負荷の下で、いかなる応力緩和も示さないに違いない。
【０００８】
引張モードにおける電気機械変換器にとって、高破断点伸びおよび低引張弾性率を有する高度に可逆的な伸長性のエラストマーが必要とされる。比誘電率εｒ、絶対誘電率ε０、強度Ｙ、および電圧Ｕにおけるフィルム厚ｄを有する、モジュラスに２乗反比例（ｓｑｕａｒｅ  ａｎｄ  ｉｎｖｅｒｓｅｌｙ  ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）する誘電率および印加電圧に対する伸長性が、次式
【数１】
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【０００９】
にしたがって伸長Ｓｚを示すということは、このような電気機械変換器のための文献から既知である。
【００１０】
最大可能電圧は、破壊強度に順々に依存する。低破壊強度は、ここで低電圧のみが印加され得るという結論を有する。電圧の値の２乗が電極の静電引力によってもたらされる伸長を計算するために式に加わるので、破壊強度は、それ相応に高いことが好ましい。
【００１１】
このための従来技術から既知である式は、非特許文献１による書籍に、および同様に非特許文献２にも見出すことができる。上記段落から式は、誘電エラストマーアクチュエータの動作のための非常に重要な特性を明らかにする。すなわち、層厚ｄが低いほど、アクチュエータの動作電圧は、同じ電界強度とともに、小さくなり得る。但し、同時に、厚さの方向に可能的な絶対変形振幅は、また、層厚の範囲内に収まる。
【００１２】
この問題を解決する方法は、１９９７年以降の初期の刊行物において、ＰＥＬＲＩＮＥらによって既に示されている。すなわち、圧電気の積層アクチュエータとのアナロジーによって、個々の層は他方の頂部上に積層されたものであり得る［非特許文献３］。これらの層は、低動作電圧Ｕにもかかわらず、相対的に高い電界強度Ｅが各層の上にある、ということを意味しながら、電気的に並列に接続される。機械的な観点では、対照的に、アクチュエータ層は、直列に接続されており、個々の変形は、付加的である。ＰＥＬＲＩＮＥらによって実証された積層は、誘電体および電極の４つの層を有しており、手動的に生成された。電極層は、好ましくは、スプレーマスク、インクジェット印刷、および／またはスクリーン印刷の場合にはスクリーンによって実現することができる一定の構造を有する。
【００１３】
電極層でコーティングされたエラストマーフィルムが巻き上げられると、同様の効果が実現され得る。この場合、変形力は、もはや印加される電界の方向ではなく、直角でそこに用いられる。このために、以下の２つの原理が知られている。
【００１４】
Ｄａｎｆｏｓｓ  Ｐｏｌｙｐｏｗｅｒ社は、コアレス圧延アクチュエータを構築するために波状のＥＡＰ材料を用い［非特許文献４］、ＥＭＰＡ［非特許文献５］において、ＥＡＰ材料は、一体化されたコイルばねの助力を得てプレストレスを施された。最後の原理の場合には短所は、ＥＡＰ材料内の機械的欠陥に対する高い脆弱性である。コアレスアクチュエータの場合のアクチュエータ効果は、周囲の硬質の電極にまさに起因する。
【００１５】
すべての方法の場合の積層アクチュエータまたは多層電気機械変換器の製造における大きな課題は、多数の誘電体層および電極層の欠点もなく且つ汚染もない積層である。ＣＡＲＰＩらは、チューブの切開を、この問題に対する解決策として、明らかにした。誘電体はシリコーンチューブ状である。このチューブは、螺旋状の方式で切開され、その後、切断面は、導電性材料で覆われており、これらは、その後、電極として機能する［非特許文献６］。
【００１６】
ＣＨＵＣらは、ＣＡＲＰＩによる折り畳み式の原則に基づく、自動化されたプロセスを提示した［非特許文献７］。但し、ここでの誘電体膜は、各々１回のみ折り畳まれる。ＣＡＲＰＩらおよびＣＨＵＣらの積層アクチュエータは、引張力を吸収するようには設計されていない。静電力が隣接電極の外側から外側にのみ達するために、電極内に力が存在しないので、積層アクチュエータの層状剥離のリスクがある。ＫＯＶＡＣＳおよびＤＵＲＩＮＧは、極薄のカーボンブラック層を製造するための技術を開発した。それによって製造された電極は、一次粒子の１つの層からのみ構成されると言われている。このような単層は、隣接電極の双方に対する静電力を増大させ、結果として、引張力を吸収することも可能である［非特許文献８］。
【００１７】
ここまで示されたＣＡＲＰＩら、ＣＨＵＣら、並びにＫＯＶＡＣＳおよびＤＵＲＩＮＧの積層アクチュエータの概念に共通する特徴は、大きな偏向を伴う駆動を作動させ、強い力を生成するために、それらが設計されている、ということである。これら２つの基本構成のうち、３Ｄ多層構造に基づいた積層アクチュエータは、電界と伸長方向との間の構築手段によってこのようにして実現された並列性（ｐａｒａｌｌｅｌｉｓｍ）のために、電気的入力エネルギーの機械的作用に対する最大限の効率的変換を可能にする。折り畳み式プロセスの記述は、さらに特許文献２において見出すことができる。その短所は、電極層は先頭から端部まで平坦である、ということであり、結果的に、非常に高い伝導性を有しなければならない。それぞれの層は、極めて正確に順に重ねて敷設されなければならず、極めて正確な敷設は、このタイプの折り畳み式プロセスにおいて多くの層でますます困難になる。これに対する理由の中には、多層変換器の折り畳み式端部において生じるビーズ形式のエッジ領域がある。
【００１８】
多層アクチュエータまたは多層変換器は、伸長、引張および屈曲の下で動作され得る。アクチュエータが復元スプリングを付加的に装備していてもよい、ということもまた知られている。
【００１９】
但し、従来技術による変換器は、不十分に適合させたエラストマー、不十分な産業ベースでの生産技術、および不十分な長期間安定性に帰着され得る、３つの主要な短所を有する。上述のすべての方法の短所は、層（電極層およびエラストマー層）が単に互いに弱く付着し、プロセスにおける連続的且つ精密な取り付け方式での構造化電極セグメントの相互接合は、非常に遅くしたがって非生産的な接合のみ可能的であるか、または能動面の強力な変位に結びつくかのいずれかである、ということである。ハイレベルの偏向がいくつかの層を必要とするので、プロセスは、それらをほぼ完全に順に重ねて積層することができなければならない。
【００２０】
従来技術の別の短所は、記載されたケースにおいて、積層の間の付加的なステップにおいて、あるいは大きな表面積に対して直接、構造化電極を適用しなければならないということである。第１のケースにおいて、位置合わせして精密に積層することを防止する、付加的な処理ステップが必要である。後者のケースにおいて、電極領域は非常に大きいので、非常に高い伝導性が必要とされる。これは技術的に可能的であるが、このような電極は、伸長、引張、または屈曲を含む若干の負荷サイクル後に、非常に迅速にそれらの伝導性を失う。上述の方法のさらなる短所は、非ポリウレタン系の溶剤が、非常に弱くて、相互に接着的に接合しない層状アセンブリを形成する、ということである。層は、モノリシックに構築されない。したがって、層は、多くの場合、１００未満の負荷サイクルの後、分解される可能性がある。すなわち、層の層状剥離が起こるか、または、その後、形成する境界層は、静電引力の増加を防止する。このような方法は、また、ポリウレタンにとっても、今のところ未知である。特に、層の層状剥離および分離を伴わない高速の工業用積層プロセスや、高い長期間安定性を保証する小さく構造化された電極領域を開発する必要性がある。
【００２１】
強力な粘着どころかモノリシック構造の層さえも存在しない、または可能ではないので、上述の従来技術のいずれのアプローチも、層状剥離がなく且つ申し分のない積層には適していない。システムも、また、連続的または反復性のプロセスにおいて製造されない。
【００２２】
未公開の特許文献３は、積層アクチュエータを製造するために、新たに製造されたポリウレタンフィルムは、その後電極層と直接、およびポリウレタン層と再度繰り返して、などにより、反応させられる、アプローチを記載する。
【００２３】
従来技術の短所は、それほど費用がかからず且つ迅速でないポリウレタンフィルムのロールツーロール製造は、未公開の特許文献４に記載されるように、利用不可能である。別の短所は、これは、それぞれの層が１００％変換まで反応させられていない化学処理である、ということである。粘着は層の不完結反応を通じて実現され、したがって、すべてのステップにおける吸収によって揮発性有害物質のイソシアネートの除去もまた必要とする。そのため、目的は、誘電体を製造する化学処理および必要であれば電極層を製造する化学処理が機械的な積層ステップから分離される、プロセスを開発することだった。
【００２４】
従来技術に記載のすべての方法の短所は、エラストマーフィルムは、例えばロールツーロールプロセスにおいて分離されて製造され、覆い包むことによってロールツーロールプロセスを用いて互いに迅速に接合されることができ、および／または自動式の積層によって互いに接合されることができるが、層は互いに十分に強力な粘着を有しておらず層状に剥離するので、エラストマーベースで多層電気機械変換器を製造することが可能ではない、ということである。
【００２５】
例えばシリコーンフィルムにとって、代替的な可能性は、層を互いに粘着的に接着することだろう。但し、この短所は、粘着ステップが、通常は乾燥が後に続く、プロセスにおける付加的なステップである、ということである。ここの別の短所は、個別の特性を有する付加的な境界層が層間に生じる、ということである。既に述べたように、それぞれの層の順に重ねる精密な接合は、未解決である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】国際公開第０１／００６５７５号パンフレット
【特許文献２】独国特許出願公開第１０  ２００８  ００２  ４９５号明細書
【特許文献３】欧州特許出願第１２１７４８５８．６号明細書
【特許文献４】欧州特許出願第１２１７３７７０．４号明細書
【非特許文献】
【００２７】
【非特許文献１】Ｆｅｄｅｒｉｃｏ  Ｃａｒｐｉ，Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ  ａｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，ｐａｇｅ  ３１４，ｅｑｕａｔｉｏｎ  ３０．１
【非特許文献２】Ｒ．Ｐｅｌｒｉｎｅ，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２８７，５４５４，２０００，ｐａｇｅ  ８３７，ｅｑｕａｔｉｏｎ  ２
【非特許文献３】Ｒ．Ｅ．ＰＥＬＲＩＮＥ，Ｒ．ＫＯＲＮＢＬＵＨ，Ｊ．Ｐ．ＪＯＳＥＰＨ  ａｎｄ  Ｓ．ＣＨＩＢＡ．「Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｒｉｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｆｉｌｍｓ  ｆｏｒ  ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒｓ」，ｉｎ：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，１９９７．ＭＥＭＳ’９７，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ＩＥＥＥ．，Ｔｅｎｔｈ  Ａｎｎｕａｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  （１９９７），ｐ．２３８−２４３．
【非特許文献４】Ｔｒｙｓｏｎ，Ｍ．，Ｋｉｉｌ，Ｈ．−Ｅ．，Ｂｅｎｓｌｉｍａｎｅ，Ｍ．：Ｐｏｗｅｒｆｕｌ  ｔｕｂｕｌａｒ  ｃｏｒｅ  ｆｒｅｅ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｅｌｅｃｔｒｏ  ａｃｔｉｖａｔｅ  ｐｏｌｙｍｅｒ  （ＤＥＡＰ）「ＰＵＳＨ」ａｃｔｕａｔｏｒ；Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  （ＥＡＰＡＤ），Ｐｒｏｃ．ｏｆ  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．７２８７，２００９．
【非特許文献５】Ｚｈａｎｇ，Ｒ．，Ｌｏｃｈｍａｔｔｅｒ，Ｐ．，Ｋｕｎｚ，Ａ．，Ｋｏｖａｃｓ，Ｇ．：Ｓｐｒｉｎｇ  Ｒｏｌｌ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  ｆｏｒ  ａ  Ｐｏｒｔａｂｌｅ  Ｆｏｒｃｅ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｇｌｏｖｅ；Ｓｍａｒｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｐｒｏｃ．ｏｆ  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．６１６８，２００６．
【非特許文献６】Ｆ．ＣＡＲＰＩ，Ａ．ＭＩＧＬＩＯＲＥ，Ｇ．ＳＥＲＲＡ  ａｎｄ  Ｄ．ＤＥ  ＲＯＳＳＩ．「Ｈｅｌｉｃａｌ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｅｌａｓｔｏｍｅｒ  ａｃｔｕａｔｏｒｓ」，ｉｎ：Ｓｍａｒｔ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  １４．６（２００５），ｐ．１２１０−１２１６
【非特許文献７】Ｎ．Ｈ．ＣＨＵＣ，Ｊ．Ｋ．ＰＡＲＫ，Ｄ．Ｖ．ＴＨＵＹ，Ｈ．Ｓ．ＫＩＭ，Ｊ．Ｃ．ＫＯＯ「Ｍｕｌｔｉ−ｓｔａｃｋｅｄ  ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  ｍｕｓｃｌｅ  ａｃｔｕａｔｏｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ｅｌａｓｔｏｍｅｒ」．Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ２００７  ＩＥＥＥ／ＲＳＪ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｒｏｂｏｔｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ，ＵＳＡ，Ｏｃｔ  ２９−Ｎｏｖ  ２，２００７（２００７），ｐ．７７１．
【非特許文献８】［Ｇ．ＫＯＶＡＣＳ  ａｎｄ  Ｌ．ＤＵＲＩＮＧ］．「Ｃｏｎｔｒａｃｔｉｖｅ  ｔｅｎｓｉｏｎ  ｆｏｒｃｅ  ｓｔａｃｋ  ａｃｔｕａｔｏｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｓｏｆｔ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＥＡＰ」．Ｉｎ：Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ（ＥＡＰＡＤ）２００９．Ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  ｂｙ  Ｙ．ＢＡＲ−ＣＯＨＥＮ  ａｎｄ  Ｔ．ＷＡＬＬＭＥＲＳＰＥＲＧＥＲ．Ｖｏｌ．７２８７．１．Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ，ＵＳＡ：ＳＰＩＥ，２００９，７２８７０Ａ−１５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
従来技術において、大幅に増大したアクチュエータ効果（すなわち伸長）に結びつくエラストマー層のプレストレッチングは、これまで、専らＩＰＮ技術を用いることによって実行されてきた。ひいてはこれが回避されるべき時間集約的化学処理を含む、ということは不利である。本発明の目的は、フィルムのプレストレッチングが可能であることを保証するように意図される。
【００２９】
現在利用可能な製作方法は、通常、かなりの製造時間に結びつく、積層アクチュエータなどの単一の変換器の製造のためにのみ設計される。そのため、多数の変換器の同時構築を可能にする、並行化された製造プロセスに対するニーズがある。
【００３０】
電極がコーティングされたエラストマーフィルムを製造するプロセスが電気機械変換器の製造から隔離される場合、その後非常に柔らかいフィルムを積層する間に不可避の許容度は、絶縁破壊（短縮される沿面距離）の可能性に、実際に所望のアクチュエータ効果に逆に重畳される不要な曲げモーメントに、およびまた個々のアクチュエータ膜の接触を成立させる故障に、結びつく。
【００３１】
（多段インク印刷プロセスに匹敵する）剛構造内にできる限り組み込まれる適切なレジスタマークは、エラストマーフィルムの精密な位置決めおよび積層が保証されるように、化学的製造と機械的な製造と間のインタフェースを作成するように意図される。電極が機械的な積層プロセスの間にのみ適用される場合、光学的なレジスタマークが適用されなければならないか、または、電極のコーティングおよび積層の方法ステップが「１セットアップ」において実行されなければならない。
【００３２】
そのため、本発明は、前述の短所を少なくとも部分的に低減し、特に、より短い製造時間およびより低い破損率を有する改善された製造を可能にする電気機械変換器を製造する方法を提供する目的に基づく。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
以上に導き出され示された目的は、請求項１に記載の方法によって本発明の１つの態様にしたがって実現される。
【００３４】
少なくとも１つの多層電気機械変換器を製造する方法は、
少なくとも１つの誘電エラストマーフィルムを用意するステップと、
付着ステップにおいてエラストマーフィルムの少なくとも第１の部分に対して少なくとも１つの電極層を付着するステップと、
第１のプレートおよび少なくとも１つの第２のプレートを有する折り畳み式装置の受け面上にエラストマーフィルムを配置するステップと、
受け面上にエラストマーフィルムを固定するステップと、
エラストマーフィルムの第１の部分とエラストマーフィルムの第２の部分との間に電極層が配置されるように、第２のプレートに対して第１のプレートを折り畳むことによって、折り畳みステップにおいてエラストマーフィルムのさらなる部分上にエラストマーフィルムの第１の部分を折り畳むステップと、
電気機械変換器の全体的な高さを増加させるためにいくつかの折り畳まれたエラストマーフィルムを積層するステップと
を備える。
【００３５】
従来技術と対照してみると、本発明の教示によれば、短い製造時間を有する多層電気機械変換器を製造するための改良方法が提供される。容易な方法でエラストマーフィルムの固定およびエラストマーフィルムの折り畳みを実行することによって、特に特別の折り畳み装置によって、多層電気機械変換器は、複数の誘電体層および電極層を精密に位置合わせして順に重ねて配置することによって、（実質的に）申し分なく製造され、汚染が取り除かれ得る。特に、多層電気機械変換器の工業用の製造を行うことができる。
【００３６】
第１に、少なくとも１つの誘電エラストマーフィルムまたはエラストマー層が提供される。誘電エラストマー層は、好ましくは相対的に高い誘電率を有する。さらに、誘電エラストマー層は、好ましくは高い機械的剛性を有する。誘電エラストマー層は、特に、アクチュエータの付着のために用いられてもよい。但し、誘電エラストマー層は、同様に、センサまたは発電機の付着に適する。
【００３７】
さらに、誘電エラストマーフィルムは、好ましくは、例えば、ポリウレタンエラストマー、シリコーンエラストマー、アクリラートエラストマー（例えばエチレン酢酸ビニル）、フッ素ゴム、未加硫ゴム、加硫ゴム、ポリウレタン、ポリブタジエン、ＮＢＲ、イソプレン、および／またはポリビニリデンフルオライドを備える合成エラストマーのグループから選択される材料を備えてもよい。ポリウレタンエラストマーを用いることが優先される。
【００３８】
提供されるエラストマーフィルムは、少なくとも第１の部分と、さらなる部分または第２の部分とを有する。例えば、エラストマーフィルムは、本質的に同じサイズの２つの部分に分割されてもよい。付着ステップにおいて、少なくとも１つの電極層は、少なくとも第１の部分に、特に少なくとも第１の部分の上側に、付着される。両側上への付着が行われてもよい。
【００３９】
電極層、すなわち導電層は、好ましくは、金属、合金、導電性のオリゴマー若しくは重合体、導電性酸化物、導電性フィラー、および／または導電性フィラーで満たされた重合体を備えるグループから選択される材料から形成されてもよい。特に適した材料は、炭素系材料、または、例えば銀、銅、アルミニウム、金、ニッケル、亜鉛、または他の導電性金属若しくは材料などの金属系材料である。金属は、好ましくは、塩、溶液、分散液、エマルジョン、または前駆物質の形態で付着されてもよい。粘着は、シーケンス内の層が各々互いに付着するように調整されてもよい。
【００４０】
電極層の適用の後、または電極層の適用の以前に、エラストマーフィルムは、折り畳み装置の受け面上に配置されてもよい。折り畳み装置は、プレート形状である。特に、折り畳み装置は、少なくとも２つのプレートを有する。
【００４１】
好適な実施形態によれば、第１のプレートは、第２のプレートに移動可能に接続されてもよい。第１のプレートおよび第２のプレートは、特に、ヒンジ装置を介して接続されてもよい。
【００４２】
２つのプレートは、好ましくは、少なくとも１つのヒンジ装置を介して、互いに移動可能に接続される。特に、初期位置において、２つのプレートは（水平）平面を形成し、端部位置において、第１のプレートが第２のプレート上にある（逆もまた同様）ように、２つのプレートが互いに接続されてもよい。第１のプレートは、第１の部分的受け面を有し、第２のプレートは、第２の部分的受け面を有する。２つのプレートのみがある場合、第１の部分的受け面および第２の部分的受け面は、折り畳み装置の受け面を形成する。
【００４３】
折り畳み装置が、２つ以上のプレートを有してもよく、さらなるプレートが、例えばヒンジ装置を介して少なくとも１つのさらなるプレートに接続し、部分的受け面を有することができるということは言うまでもない。ヒンジ装置の代替案として、またはヒンジ装置に加えて、例えばストリップ接続も用いられてもよい。
【００４４】
受け面は、誘電エラストマーフィルムを特に可逆的に固定させるように設計される。特に、（例えばテフロンベース（Ｔｅｆｌｏｎ  ｂａｓｉｓ）の）受け面（例えば多孔質プラスチック）は、折り畳み装置上の受け面の上に配置されたエラストマーフィルムを固定させるために負圧（例えば真空状態（ｖａｃｕｕｍ））を生成するように設計されてもよい。例えば、負圧が生成され得る凹部が受け面内に備えられてもよい。これらの凹部は、選択的に固定するためにセグメント化された方式で備えられてもよい。エラストマーフィルムの第１の部分が第１の部分的受け面上に固定され、エラストマーフィルムの少なくとも１つのさらなる部分が第２の部分的受け面上に固定されるように固定されてもよい。好ましくは負圧によってフィルムを固定することを実行することによって、エラストマーフィルムは、（実質的に）折り畳まれずに固定され、その後、折り畳まれることができる。折り畳み装置は、薄い層厚みを有するエラストマーフィルムさえもが確実に固定されることができ、（実質的に）折り畳まれない、ということによって特に優れている。エラストマーフィルムは、１０００μｍから０．１μｍ、好ましくは５００μｍから１μｍ、特に好ましくは２００μｍから５μｍ、最も特に好ましくは１００μｍから１０μｍの層厚さを有してもよい。エラストマーフィルムは、単層として形成されてもよい。エラストマーフィルムは、好ましくは多層形状であってもよい。特に、エラストマーフィルムは、２層形状であってもよい。多層形状は、可能性のある欠陥が除去されることを可能にする。
【００４５】
エラストマーフィルムを少なくとも２つのプレートの受け面上に固定した後、第１のプレートが第２のプレートに対して折り畳まれるか揺動されるので、エラストマーフィルムは折り畳まれる。位置合わせして層を順に重ねて精密に接合することが可能になる。ヒンジ装置が存在すると、特に、１８０°の枢動運動は、少なくとも１つのヒンジ装置に基づいて行うことができる。例えば、第１のプレートは、第２のプレート上で揺動されてもよいし、または、第２のプレートは、第１のプレート上で揺動されてもよい。プレート間の接続は、ここでは全く必要ない。これは、特に、電極層がエラストマーフィルムの第１の部分とエラストマーフィルムの第２の部分との間に実質的に配置されるように行われてもよい。言いかえれば、少なくとも１つの電極層は、エラストマー層によって両側上を覆われる。
【００４６】
特に、以上に記載された方法で、
電気機械変換器は、ＡＳＴＭ  Ｄ  １４９−９７ａによる４０Ｖ／μｍ超、特に好ましくは６０Ｖ／μｍ超、最も特に好ましくは８０Ｖ／μｍ超の絶縁破壊強度、
ＡＳＴＭ  Ｄ  ２５７による１，５Ｅ１０オームｍ超、好ましくは１Ｅ１１オームｍ超、特に好ましくは５Ｅ１２オームｍ超、最も特に好ましくは１Ｅ１３オームｍ超の電気抵抗、ＡＳＴＭ  Ｄ  １５０−９８による０．０１〜１Ｈｚにおける５超の誘電率、（単層として計算された）１００μｍ未満の誘電体膜の層厚、および好ましくは２層超且つ１００，０００層未満、で製造されることができる。
【００４７】
電極層によるエラストマーフィルムの少なくとも第１の部分のコーティングは、全表面領域上で行われてもよい。本発明によるプロセスの第１の実施形態によれば、少なくとも１つの電極層は、構造化電極層または分割電極層であってもよい。言いかえれば、（特別な）事前に定義することができる幾何構造は、エラストマーフィルムの第１の部分の表面の一部領域内にのみ付着することができる。電極層は、特定の電場を生成するための電極、および特定の電位を印加するための、または特定の電位をタップするための端子ラグによって形成されてもよい。適切な断面寸法によって、絶縁破壊の場合に流れる電流が電極を昇華させ、それによって、この欠陥のあるアクチュエータ膜を電気的に非活動にさせる、ヒューズエレメントとして、電極層の幾何構造は用いられてもよい。
【００４８】
電極層は、好ましくは、スプレー、流し込み、ナイフコーティング、ブラッシング、印刷、蒸着、スパッタ、および／またはプラズマＣＶＤによってエラストマー層の第１の部分に対して付着されてもよい。特に、スプレー装置、印刷装置、転動装置などの付着に適する装置が備えられてもよい。例としてここで示すことができる印刷処理は、インクジェット印刷、フレキソ印刷、およびスクリーン印刷である。電極層、特に構造化電極層は、少なくとも第１の折り畳みステップの前に、エラストマーフィルムから容易な方法で付着されてもよい。
【００４９】
さらなる実施形態において、電極層は、バインダーと混合されてもよい。これは、多層電気機械変換器の層の機械的な粘着性を向上させる。さらに、電極層は、好ましくは、折り畳みステップの前に乾燥させられてもよい。
【００５０】
本発明による方法の特に好適な実施形態によれば、相対的に高い伸長性または相対的に高いアクチュエータ効果を有する電気機械変換器を得るために、エラストマーフィルムは、電極層の付着の前にプレストレッチされてもよい。その代わりに、または、追加的に、エラストマーフィルムは、電極層の付着の後にプレストレッチされてもよい。プレストレッチされたエラストマーフィルムは、プレストレッチを固定するために非弾性材料を備えてもよい。例えば、適切な材料のフレームがエラストマーフィルムに付着されてもよい。特に、硬質ポリマー材料が用いられてもよい。例えば、プレストレッチは、硬質ポリマー材料で印刷することにより固定されてもよい。付着される高分子材料フレームは、さらに好ましくは位置合わせマークを有してもよい。これは、下流の積層プロセス（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ  ｓｔａｃｋｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ）の間にオフセットがエラストマーフィルム間に生じ得ない、という長所を有する。
【００５１】
その上に、本発明による方法のさらなる実施形態によれば、エラストマーフィルムを折り畳み装置上に固定する前または後に、エラストマーフィルムは少なくとも１つの折り畳み端部にて少なくとも部分的に寸断される、ということを備えてもよい。寸断は、（例えば超音波切断）切断、打ち抜き、または、例えば加熱ワイヤ切断やレーザー切断などの他の分離方法によって実現されてもよい。少なくとも部分的な折り畳み端部への寸断によって、折り畳みを容易にすることができ、エッジ領域における好ましくないビーズの発生をさらに低減することができる。さらに、エラストマーフィルムは、容易な方法で数回折り畳まれ得る。例えば、固定した後、エラストマーフィルムは、また、少なくとも１つの折り畳み端部にて２つの部分フィルムに完全に切断されることができる。エッジ領域における好ましくないビーズも、さらに低減することができる。
【００５２】
特に、少なくとも折り畳みステップは、少なくとも２回、好ましくは少なくとも５回、特に好ましくは１０回、最も特に好ましくは２０回繰り返される。第１の適用ステップにおいて、エラストマーフィルムの第１の部分（のみ）が電極層を備えていれば、付着ステップは、好ましくは少なくとも５回、特に好ましくは１０回、最も特に好ましくは２０回繰り返されてもよい。特に、付着ステップは、折り畳みステップの後に続いてもよい。
【００５３】
さらに、折り畳みステップは、多くとも１，０００，０００回、好ましくは多くとも１００，０００回、特に好ましくは多くとも１０，０００回、最も特に好ましくは多くとも５，０００回、とりわけ最も特に好ましくは多くとも１，０００回繰り返される、ということを備えてもよい。
【００５４】
付着ステップは、多くとも１，０００，０００回、好ましくは多くとも１００，０００回、特に好ましくは多くとも１０，０００回、最も特に好ましくは多くとも５，０００回、とりわけ最も特に好ましくは多くとも１，０００回繰り返される、ということを備えてもよい。
【００５５】
さらなる実施形態によれば、付着ステップにおいて、複数の個別の電極層が少なくともエラストマー層の第１の部分に適用されてもよい。例えば、少なくとも２つ、好ましくは少なくとも４つ、特に好ましくは少なくとも８つ、最も特に好ましくは少なくとも１６の電極層が付着されてもよい。複数の電極膜を同時に付着することによって、製造時間をさらに低減することができる。複数の電気機械変換器の並行製造が可能になる。
【００５６】
既に述べたように、好ましくは、複数の電気機械変換器は、以上に記載された方法によって同時に製造されることができる。さらなる方法ステップにおいて、特に（最後の）折り畳みステップの後に、少なくとも１つの多層電気機械変換器がエラストマーフィルムの残りの部分から取り外されてもよい。例えば、電気機械変換器は、せん孔されてもよいし、および／または切り離されてもよい。同時に製造された複数の電気機械変換器は、容易な方法で、個々に分離され、例えば一定の寸法を有する所望の形状にされることができる。
【００５７】
さらなる実施形態によれば、特に数回の折り畳みステップによって製造された少なくとも２つの電気機械変換器は、順に重ねて積層されてもよい。また、３つ以上の多層電気機械変換器を順に重ねて積層することができる、ということは言うまでもない。折り畳みによって既に生成されている電気機械変換器の多層の構築のために、これらの変換器は、容易に取り扱われることができ、わずかな労力で再積層されることができる。多数の層を有する電気機械変換器を、容易な方法で製造することができる。
【００５８】
既に述べたように、電気機械変換器は、間に配置された誘電エラストマー層とともに、他方の上にある少なくとも２つの電極層を有している。電圧を印加することによって、すなわち異なる電位を印加することによって、２つの対向する電極層に対して、間にあるエラストマーフィルムの伸長をもたらすことができる。センサまたは発電機の付着の場合、エラストマーフィルムの伸長は、電極層において一定電圧をもたらすことができ、これは、電極にてタップされることができる、ということは言うまでもない。
【００５９】
多層電気機械変換器の場合、交番電位により、積層された電極に供給することができる、ということは必要である。好ましくは、接触用電極層は、第１の電極層に対して第１の電位を印加するように設計されてよい、電気機械変換器の第１の電極層に接続されてもよい。第２の接触用電極層は、第２の電極層に対して第２の電位を印加するために、電気機械変換器の少なくとも１つの第２の電極層、好ましくは複数の第２の電極層に接続されてもよい。電気機械変換器において、第１の電極層および第２の電極層は、交互に配置されてもよい。同様のものは、センサまたは発電機の付着の場合に電圧のタッピングに対応して付着する。特に、第１の電極層および第２の電極層は、実質的に同一のものとして形成されてもよい。例えば、それらは、平面電極領域および接触用電極層に電極領域を接続するための端子ラグを備えてもよい。好ましくは、電気機械変換器内の第１の電極層のすべての端子ラグは、変換器の第１の同じ外部側（ｆｉｒｓｔ  ｓａｍｅ  ｏｕｔｅｒ  ｓｉｄｅ）に整列されてもよい。さらに、電気機械変換器内の第２の電極層のすべての端子ラグは、変換器の第２の同じ外部側に整列されてもよく、ここで、第１の外部側は第２の外部側とは異なる。２つの外部側は、好ましくは対向する外部側である。
【００６０】
特に、本方法によって製造された電気機械変換器の場合、電極層は、側面からそれらに接触することができ、且つ誘電体膜の端部を越えて突き出ないように、エラストマーフィルムに付着されている。この理由は、そうでなければ、破壊が生じる可能性がある、ということである。好ましくは、電極領域が誘電領域より小さくなるように、安全マージンが電極と誘電体との間に残されてもよい。導体トラックが電気的なコンタクトのためにリードされるように、電極が構造化されてもよい。電極層は、容易な方法で接触されることができる。
【００６１】
本発明による方法のさらなる好適な実施形態によれば、電気機械変換器は、カプセル化されてもよい。特に、電気機械変換器は、可逆的で且つ伸長性のある保護材によって、外部環境の影響から保護されてもよい。例えば、カプセル化のために、電気機械変換器は、ポリウレタンシェルおよび／またはシリコーンシェル内にポッティングされてもよい。電気機械変換器は、例えばポリウレタンエラストマー、シリコーンエラストマー、ＥＶＡなどのアクリラートエラストマー、フッ素ゴム、未加硫ゴム、加硫ゴム、ポリウレタン、ポリブタジエン、ＮＢＲ若しくはイソプレン、および／またはポリビニリデンフルオライドなどの合成エラストマーに基づくエラストマー原料でポッティングされてもよい。シリコーンエラストマーを用いることが優先される。カプセル化は、１若しくは２またはそれ以上の層内においてなされてもよい。カプセル化は、部分的にまたは完全に硬化されてもよい。ＵＶ硬化プロセス、非トリガー化学硬化（ｕｎｔｒｉｇｇｅｒｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｃｕｒｉｎｇ）プロセス、およびＩＲ硬化プロセス以外に、純粋に熱硬化が好適である。さらに、カプセル化の適用は、原則として、あらゆる所望の方法で行われてもよい。好ましくは鋳造プロセスが用いられてもよく、特に好ましくは、真空鋳造または遠心分離プロセスが用いられてもよい。
【００６２】
好ましくは、２つのエラストマーフィルムが、さらなる使用前に相互に積層されてもよい。その上、さらなる実施形態によれば、粘着が改善されるように、エラストマーフィルムの表面が処理されてもよい。好ましくは、エラストマーフィルムは、電極層の付着の前にコロナ照射および／またはプラズマ処理によって処理されてもよい。その代わりに、または、追加的に、エラストマーフィルムは、電極層の適用の後にコロナ照射および／またはプラズマ処理によって処理されてもよい。その代わりに、または、追加的に、伸長性のある粘着剤が用いられてもよい。多層電気機械変換器の層の相互に対する粘着、特に永久粘着は、顕著に改善され得る。
【００６３】
本発明のさらなる態様は、以上に記載された方法によって製造された電気機械変換器である。
【００６４】
さらに、本発明のさらなる態様は、以上に記載された電気機械変換器を備えるコンポーネントである。コンポーネントは、特に、電気機械変換器を備えるモジュール、自動装置、器具、または構成部品などの、電子的装置および／または電気的装置であってもよい。
【００６５】
本発明のさらなる態様は、アクチュエータ、センサ、および／または発電機として、以上に説明された電気機械変換器の使用法である。本発明による電気機械変換器は、電気機械および電気音響分野の多数の非常に種々の用途に、特に、機械的振動からの環境発電、音響、超音波、医療診断、音波顕微鏡、機械的感知（とりわけ圧力感知、力感知および／または伸縮感知）、ロボット工学および／または通信技術の分野に、有利に用いられることができる。その代表例は、圧力センサ、電気音響変換器、マイクロホン、スピーカ、振動変換器、光偏向器、メンブレン、ガラス繊維光学のためのモジュレータ、焦電検出器、コンデンサ、制御システムおよび「インテリジェント」フロア、および、さらに機械エネルギー（特に回転または振動運動から電気エネルギーへ）の変換のためのシステムである。
【００６６】
さらに、本発明のさらなる態様は、電気機械変換器を製造するための、特許請求の範囲の請求項１５に記載されるような装置である。装置は、以上に記載された方法を行うために特に設計される。装置、特に折り畳み装置は、第１のプレートと、少なくとも１つの第２のプレートとを備える。第１のプレートは、第２のプレートに対して折り曲げ可能である。第１のプレートおよび第２のプレートは、誘電エラストマーフィルムの受け入れるための受け面を有する。受け面は、エラストマーフィルムを装置上に固定するように設計される。
【００６７】
装置は、特に、以上に記載された折り畳み装置である。エラストマーフィルムは、折り畳み装置の受け面上に配置されてもよい。折り畳み装置は、特に、プレート形状である。特に、折り畳み装置は、少なくとも２つのプレートを有する。これらは、互いに移動可能に接続されてもよい。
【００６８】
好適な実施形態によれば、第１のプレートは、特に少なくとも１つのヒンジ装置を介して、第２のプレートに対して移動可能に接続される。特に、初期位置において、２つのプレートが平面を形成し、且つ、端部位置において、第１のプレートが第２のプレート上に存在する（または、その逆も同様）ように、２枚のプレートが互いに接続されてもよい。少なくとも２つのプレート移動させるための、モータ、アクチュエータ、制御手段などの適切な手段を備えてもよい。
【００６９】
折り畳み装置が、３つ以上のプレートを有してもよく、さらなるプレートが、例えばヒンジ装置を介して少なくとも１つのさらなるプレートに接続し、部分的受け面を有することができる、ということは言うまでもない。ヒンジ装置以外に、ストリップ接続が、例えば接続のために用いられてもよい。
【００７０】
受け面は、エラストマーフィルムを折り畳み装置上に固定するように、好ましくは可逆的に固定するように、設計される。１つの実施形態によれば、受け面は、エラストマーフィルムを折り畳み装置上に固定するために、負圧（例えば真空状態）を生成するように設計されてもよい。この目的のために、対応する排気手段が備えられてもよい。好ましくは負圧によって固定することを行うことによって、エラストマーフィルムは、（実質的に）折り畳まれずに固定され、その後、位置合わせして精密に折り畳まれることができる。折り畳み装置は、薄い層厚みを有するエラストマーフィルムさえもが確実に固定されることができ、（実質的に）折り畳まれない、ということによって特に優れている。エラストマーフィルムは、１０００μｍから０．１μｍ、好ましくは５００μｍから１μｍ、特に好ましくは２００μｍから５μｍ、最も特に好ましくは１００μｍから１０μｍの層厚さを有してもよい。
【００７１】
エラストマーフィルムを特に少なくとも２つのプレートの受け面上に固定した後、第１のプレートが第２のプレートに対して折り畳まれるように、エラストマーフィルムは折り畳まれる。少なくとも１つのヒンジ装置によって、特に１８０°の枢動運動を、例えば以上に記載された手段によって行うことができる。例えば、第１のプレートは、第２のプレート上で揺動されてもよいし、または、第２のプレートは、第１のプレート上で揺動されてもよい。これは、特に、電極層がエラストマーフィルムの第１の部分とエラストマーフィルムの第２の部分との間に実質的に配置されるように行われてもよい。この状態で、プレート内の負圧を終えることができる。その上、このプレート内の正圧を作動させることによって、エラストマーフィルムの２つの部分の押圧／積層プロセスを向上させることができる。（例えば受け面内のセグメント化された隙間を通じて）正圧のセグメント化された導入は、積層が特定の方式で行われることを可能にする。
【００７２】
方法および装置の特徴を、互いに自由に組み合わせることができる。特に、明細書および／または従属請求項の特徴は、独立請求項の特徴を完全にまたは部分的に迂回していても、独立的に独力で、または、互いに自由に組み合わされた場合に、進歩性を有してもよい。
【００７３】
したがって、本発明による方法、本発明による方法、本発明による電気機械変換器、本発明によるコンポーネント、本発明による使用、および本発明による装置を改良してさらに開発する多数の可能性がある。この点で、一方では独立特許請求項に従属して配置された特許請求項が、他方では以下の図面に関連する例示的な実施形態の記述が、参照されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】多層電気機械変換器を製造するための装置の例示的な実施形態の概略図を示す。
【図２ａ】第１の動作位置における、図１に例として示された装置の概略図を示す。
【図２ｂ】第２の動作位置における、図１に例として示された装置の概略図を示す。
【図２ｃ】第３の動作位置における、図１に例として示された装置の概略図を示す。
【図２ｄ】第４の動作位置における、図１に例として示された装置の概略図を示す。
【図３ａ】第１の方法ステップ後のエラストマーフィルムの好ましい実施形態の概略図を示す。
【図３ｂ】さらなる方法ステップ後のエラストマーフィルムの例示的な実施形態の概略図を示す。
【図３ｃ】さらなる方法ステップ後のエラストマーフィルムの例示的な実施形態の概略図を示す。
【図３ｄ】さらなる方法ステップ後のエラストマーフィルムの例示的な実施形態の概略図を示す。
【図３ｅ】さらなる方法ステップ後のエラストマーフィルムの例示的な実施形態の概略図を示す。
【図４ａ】断面線ＩＶ−ＩＶによる、図３ｅに示された電気機械変換器の例示的な実施形態の概略側面図を示す。
【図４ｂ】順に重ねて配置された図４ａに示されるような複数の電気機械変換器の概略側面図を示す。
【図５ａ】第１の方法ステップ後のエラストマーフィルムのさらなる例示的な実施形態の概略図を示す。
【図５ｂ】さらなる方法ステップ後のエラストマーフィルムのさらなる例示的な実施形態の概略図を示す。
【図５ｃ】さらなる方法ステップ後のエラストマーフィルムのさらなる例示的な実施形態の概略図を示す。
【図６ａ】コーティングされたエラストマーフィルムの例示的な実施形態の概略平面図を示す。
【図６ｂ】図６ａに示された例示的な実施形態の概略側面図を示す。
【図６ｃ】セグメント化されて分離された複数の電極領域を有するエラストマーフィルムの例示的な実施形態の概略図を示す。
【図７】本発明による電気機械変換器の例示的な実施形態の概略図を示す。
【図８】端部を折り畳んで部分的に寸断されたエラストマーフィルムの例示的な実施形態の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７５】
以下、同一の記号は、同一の要素に用いられる。
【００７６】
図１は、多層電気機械変換器を製造するための装置２の例示的な実施形態の概略図を示す。例として示される装置２は、特に、折り畳み装置２である。本折り畳み装置２は、第１のプレート２．１と、第２のプレート２．２と、第３のプレート２．３とを備える。第２のプレート２．２は、ヒンジ装置８を介して第３のプレート２．３に接続される。第２のプレート２．２は、さらにヒンジ装置８を介して第１のプレート２．１に付加的に接続される。
【００７７】
図１からも見てとれるように、装置２は、受け面４を有する。受け面４は、加工されるエラストマーフィルムを受け入れるように設計される。特に、受け面４は、特に３つのプレート２．１、２．２、２．３において、装置２内の凹部によって形成される。本ケースにおいて、受け面は、矩形の形状を有する。本発明の他の変形による所望するあらゆる方法で、形状が形成されてもよい、ということは言うまでもない。
【００７８】
第１のプレート２．１は、第１の部分的受け面４．１を有し、第２のプレート２．２は、第２の部分的受け面４．２を有し、第３のプレート２．２は、第３の部分的受け面４．３を有する。３つの部分的受け面４．１、４．２、４．３は、全体的に、連続した受け面４を形成する。
【００７９】
エラストマーフィルムを折り畳み装置２上に固定するために、凹部６が受け面内に備えられる。特に、複数の溝６が備えられる。負圧（特に真空状態）は、真空状態生成手段（図示せず）によって生成されることができ、その結果、受け面４上に配置されたエラストマーフィルムを固定することができる。特に、これは、折り畳み、折り目、または同種のものを伴わずに、容易な方法でエラストマーフィルムを折り畳み装置２上に固定することを可能にする。
【００８０】
折り畳み装置２が動作する方法は、様々な動作位置における装置２を示す図２ａ〜図２ｄによって、例として以下で説明される。
【００８１】
図２ａは、第１の動作位置または開始若しくは初期位置における装置２を示す。この動作位置において、プレート２．１、２．２、２．３は、すべて、水平面を有する。特に、エラストマーフィルム１０は、受け面４上に配置されてもよい。配置の後、フィルム１０を固定させるために受け面４の凹部６内に負圧を生成してもよい。本ケースにおいて、記号１２によってここで示されただけの見やすい表示のために、複数の電極層１２はエラストマーフィルム１０に対して既に付着されている。より詳細な説明が後に続く。エラストマーフィルム１０の形状は、受け面４の形状に実質的に対応する、ということもまた見てとれる。
【００８２】
図２ｂは、第２の動作位置における装置２を示す。この動作位置において、第１のプレート２．１は、（１８０°）の枢動運動によって第２のプレート２．２および第３のプレート２．３上に、折り畳まれているか、または揺動されている。この動作位置において、第１の部分的受け面４．１内に生成された真空状態は終わる。正圧が付加的に生成することができる、ということが好ましい。エラストマーフィルム１０の第１の部分は、エラストマーフィルムの第２の部分および第３の部分にわたって、位置合わせして精密に折り畳まれるか、または揺動される。
【００８３】
図示されないさらなる動作位置において、第１のプレート２．１は、初期位置に旋回される／揺り戻される。折り畳まれたエラストマーフィルム１０は、ここで単に配置され、部分的受け面４．２および部分的受け面４．３上でさらに固定される。これは２層配置である。
【００８４】
図２ｃ示される第３の動作位置において、第３のプレート２．３は、（１８０°）の枢動運動によって第２のプレート２．２上に折り畳まれている／揺動されている。この動作位置において、部分的受け面４．３内に生成された真空状態は終わる。好ましくは、ここで、正圧も付加的に生成することができる。エラストマーフィルム１０の第３の部分は、エラストマーフィルムの第２の部分にわたって、精密に位置合わせして揺動されるか、または折り畳まれる。
【００８５】
装置２の第４の動作位置（図２ｄ）または端部位置において、第３のプレート２．３は、初期位置に旋回されている／揺り戻されている。折り畳まれたエラストマーフィルム１０は、ここでは単に、第２の部分的受け面４．２上に配置される。これは、４層配置または４層電気機械変換器である。多層電気機械変換器は、容易な方法で折り畳み装置２によって製造されることができる。説明されるように、さらなるステップが付加的に後続することができる、ということは言うまでもない。
【００８６】
図３ａ〜図３ｅは、本発明による電気機械変換器を製造する方法の例示的な実施形態の様々な方法ステップを、エラストマーフィルム１６に基づいて示す。
【００８７】
図３ａは、第１の部分１６．１および第２の一部分１６．２を有するエラストマーフィルム１６を示す。従来の適用ステップ（図示せず）において、本ケースにおいて４つに分離した電極層１８がエラストマーフィルムの第１の部分１６．１に付着されている。特に、４つの構造化した電極１８が付着されている。例えば、構造化電極１８は、スプレーされてもよい。
【００８８】
折り畳みステップにおいて、第１の部分１６．１は、以上に記載された装置２により、特に枢動運動によって第２の部分１６．２上に配置される。図３ｂにおいて、電極層１８は、（ハッチングによって示される）折り畳みステップの後に端子ラグ１８’とともに、内側に、すなわちエラストマーフィルム１６の２つの部分１６．１、１６．２の間に存在することが見てとれる。
【００８９】
折り畳まれたエラストマーフィルム１６＊は、その後、さらなる第１の部分１６．１＊およびさらなる第２の部分１６．２＊に分割される。本ケースにおいて、さらなる２つの電極層２０がさらなる第１の部分１６．１＊に付着される。電極層２０は、エラストマーフィルムのもう一つの外部側に対する電極端子ラグ２０’の配置によって電極層１８とは異なる。特に、電極層２０は、電極層１８にわたって実質的に適用される。本ケースにおいて、端子ラグ１８’、２０’は、単に順に重ならない。
【００９０】
さらなる折り畳みステップにおいて、さらなる第２の部分１６．２＊は、特に枢動運動によって、さらなる第１の部分１６．１＊上に配置される。図３ｄにおいて、電極層１８、２０が内部上に存在する、ということが見てとれる。
【００９１】
さらなる２つの電極層２０は、その後、部分１６．１＊の上部表面に付着される。対応する方法で、さらなる２つの電極層が下側上に付着されてもよい。特に、２つの４層電気機械変換器が、この方法によって製造される。
【００９２】
図４ａは、断面線ＩＶ−ＩＶに対応する、図３ｅに示された２つの４層電気機械変換器による断面の概略図を示す。第１の電極層１８の端子ラグ１８’は、さらなる電極層２０の端子ラグ２０’とは異なる側面に向く、ということが見てとれる。電気機械変換器は、例えば取り外し（例えば打ち抜き）によって、さらなるステップにおいて個々に分離されてもよい。
【００９３】
図４ｂは、図４ａに示された電気機械変換器の例示的な実施形態を示し、３つの配置１６が順に重ねて配置される。特に、以上に記載された方法によって製造された多層の変換器は、増大した層厚によってさらに容易に積層されることができ、個々の層と比較して、向上した安定性を伴うことができる。
【００９４】
図５ａ〜図５ｃは、本発明による電気機械変換器を製造する方法のさらに例示的な実施形態の様々な方法ステップを示す。以下、図３ａ〜図３ｅに示される例示的な実施形態との差分のみが実質的に説明され、さもなければ、以上になされた説明が参照される。
【００９５】
従来の例示的な実施形態との主な差分は、単一の付着ステップにおいて、全エラストマーフィルム２２が電極層２４、２６のすべてを既に備えている、ということである。ここで、電極層２４、２６は、すべての折り畳みステップの後、各々のケースにおいて少なくとも４つの電極層２４、２６が実質的に順に重ねて存在するように付着されている。
【００９６】
第１の折り畳みステップにおいて、部分２２．１、２２．２は、部分２２．３、２２．４（図５ｂ）上に折り畳まれる／配置され、さらなる折り畳みステップにおいて、部分２２．２は、部分２２．１上に配置される。複数の多層電気機械変換器が並行して製造される。
【００９７】
図６ａは、分割電極層２８を備えるコーティングされたエラストマーフィルム３０の平面図のさらなる例示的な実施形態を示す。本ケースにおいて、電極層２８は、外部側に整列させた矩形の電極２８．２および電極端子ラグ２８．１を備える。
【００９８】
本例示的な実施形態において、エラストマーフィルム３０は（伸長性のある）電極層２８と協力してプレストレッチされている。プレストレッチは、例えば高分子材料などの剛性材フレーム３２を適用することによって固定されている。フレームは、また、取り外し輪郭３４、特に打ち抜き輪郭３４を有しており、プレストレッチを損なわずに後続の加工プロセスにおいてこの輪郭３４に沿って電気機械変換器を取り外す。
【００９９】
図６ｂは、側面視で以上に記載された例示的な実施形態を示す。電極層２８およびプラスチックフレーム３２は、特にプレストレッチされたエラストマーフィルム３０に付着されている、ということが見てとれる。
【０１００】
図６ｃの概略図から得ることができるように、エラストマーフィルムは、以上に記載された多数の構造を有してもよい。これは、並行処理によって製造時間を顕著に低減することを可能にする。
【０１０１】
図７において、本発明の好ましい実施形態による電気機械変換器４４の概略図が表現される。表現された電気機械変換器４４は、エラストマーフィルム４６の層と、電極層４２．１、４２．２とを交互に有する。ここで、第１の電位を印加するように設計された第１の電極層４２．１と、第２の電位を印加するように設計された第２の電極層４２．２とが、交互に配置される。第１の電極層４２．１の端子ラグは、すべて第１の外部側に整列され、その一方で、第２の電極層４２．２の端子ラグは、すべてもう１つの外部側（本ケースにおける対向する外部側）に整列される。
【０１０２】
これは、同一の電位を第１の電極層４２．１のすべてに印加することができるように、共通の接触用電極４０．１に第１の電極層４２．１を接続することを可能にし、さらに同一の電位を第２の電極層４２．２のすべてに印加することができるように、共通の接触用電極４０．２に第２の電極層４２．２を接続することを可能にする。さらに、本ケースにおいて、電気機械変換器４４は、外部の影響から保護するように、ポッティング材料３６内に埋め込まれる。特に、変換器は、ポリウレタンシェル３６および／またはシリコーンシェル３６内にポッティングされる。
【０１０３】
最終的に、図８は、部分的に折り畳んで寸断された端部５２を有するエラストマーフィルム５０を例として示す。これは、エラストマーフィルム５２の繰り返しの折り畳みを容易な方法で可能にする。表現された例に適する折り畳み装置は、互いに移動可能に配置された８つのプレートを備えてもよい。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図３ｅ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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