(57)【要約】  本発明は、電気的に誘起される機械的運動を促進するように構成された表面構造を有するデバイスのための能動素子構造に関する。本発明による能動素子構造は、少なくとも１つの積み重ね可能な能動素子を有し、少なくとも１つの積み重ね可能な能動素子の各能動素子は、本質的に導電性又は半導電性であるか、導電性／半導電性電極レイヤを有する基板フィルムと、格子状配列に配置された多数の弾性支持ノジュールを有する弾性レイヤであって、多数の弾性支持ノジュールの間に圧縮空間が配置される、弾性レイヤとを有し、能動素子構造は、少なくとも２つの積み重ねられた能動素子の間に十分な電圧差が印加されたときに縮むように構成され、また能動素子構造は、顕著な圧縮をもたらす十分な電位が２以上の能動素子構造の間に印加されたときに、２以上の能動素子構造のレイヤの間での高電圧放電を防止する絶縁縁部又は完全封止を電極の上に有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの積み重ね可能な能動素子を有する能動素子構造であって、前記少なくとも１つの積み重ね可能な能動素子の前記能動素子の各々が、
本質的に導電性又は半導電性である、又は導電性／半導電性電極レイヤを有する、基板フィルムと、
格子状配列に配置された多数の弾性支持ノジュールを有する弾性レイヤであって、それにより前記多数の弾性支持ノジュールの間に圧縮空間が配置される、弾性レイヤと
を有し、
前記能動素子構造は、少なくとも２つの積み重ねられた能動素子の間に十分な電圧差が印加されたときに縮むように構成され、また
前記能動素子構造は、顕著な圧縮をもたらすのに十分な電位が２以上の能動素子構造の間に印加されたときに、２以上の能動素子構造のレイヤの間での高電圧放電を防止する絶縁縁部又は完全封止を電極の上に有している、能動素子構造。
【請求項２】
前記弾性レイヤはベース弾性レイヤを有し、前記多数の弾性支持ノジュールは前記ベース弾性レイヤ上に配置される、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項３】
前記能動素子構造は、可撓性の基板の一部として埋め込まれている、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項４】
前記少なくとも２つの積み重ねられた能動素子の間の前記距離は、１０００マイクロメートル（１０００μｍ）未満であり、好ましくは２００マイクロメートル（２００μｍ）未満である、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項５】
前記多数の弾性支持ノジュールの隣接する支持ノジュールは、互いから１０ｍｍ未満の距離だけ離間されて配置され、好ましくは互いから２ｍｍ未満の距離だけ離間されて配置される、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項６】
前記少なくとも２つの積み重ねられた能動素子の前記圧縮空間は、流体によって、例えば空気、窒素、又は例えば誘電性作動流体である誘電性液体によって、少なくとも部分的に満たされている、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項７】
前記多数の弾性支持ノジュールは、シリコン・ベースの有機ポリマー、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で作られる、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項８】
前記多数の弾性支持ノジュールは、先端部よりも厚い基端部を有する円錐状の形態を有する、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項９】
前記多数の弾性支持ノジュールは、最大幅に対する高さのアスペクト比の最大値が２である、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１０】
前記能動素子の前記表面は、本質的に疎水性であり、或いは疎水的又は超疎水的に被覆され、或いは疎水的又は超疎水的に処理されている、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１１】
前記能動素子のうちの２以上は、前記いくつかの静電作動レイヤの類似の構造要素が少なくとも部分的に一致するように上下に配置される、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１２】
前記能動素子のうちの２以上は、前記レイヤの類似の構造要素が部分的にも一致しないように上下に積み重ねられる、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１３】
前記能動素子構造は、より剛性のタイル構造及びより展性のエリア構造の格子を有する、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１４】
前記能動素子構造は気密に封止される、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１５】
前記能動素子構造は、気体リザーバ、例えば空気リザーバを有し、それにより、前記空気が縮むとき又は圧縮レイヤから移動するときに、全体的空気圧縮の減少を可能とする、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１６】
前記静電アクチュエータ構造は、能動素子構造の少なくとも２つの積層体と、少なくとも１つの気体リザーバと、能動素子構造の前記少なくとも２つの積層体の上及び前記少なくとも１つの気体リザーバの上に配置された弾性表面レイヤとを有する、請求項１４に記載の能動素子構造。
【請求項１７】
前記能動素子構造は、前記弾性レイヤの上に追加的な堅固な構造を有する、請求項１６に記載の能動素子構造。
【請求項１８】
前記能動素子は可撓性である、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１９】
前記基板フィルムの半導電性は、前記基板フィルムがより高い周波数の感知信号に対して絶縁レイヤとして現れるように選択される、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項２０】
前記アクチュエータにおける物理的変化の検知及び／又は制御を可能とするように、その電気信号特性が監視される、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか一項に記載の能動素子構造を有するアクチュエータ。
【請求項２２】
請求項１から２０のいずれか一項に記載の能動素子構造を有するセンサ。
【請求項２３】
請求項１から２０のいずれか一項に記載の能動素子構造を有するアクチュエータ／センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書において開示される主題は、概して、電気的に誘起される機械的運動を促進するように構成された表面構造を有するデバイス（例えばシステム又は他の装置）における表面作動機構を促進するための構成に関し、この構成は、電気的に誘起される機械的運動を介して触覚的フィードバック等の様々な触覚的効果を提供するように構成されたデバイスを含む。詳細には、本開示は、電気的に誘起される機械的運動を促進するように構成された表面構造を有するデバイス（例えばシステム又は他の装置）のための能動素子構造に対処する。
【背景技術】
【０００２】
例えば民生用電子的デバイス等のデバイスにおいて電気的に誘起される機械的運動を促進する種々の技術がある。１つの一般的な技術は、偏心回転質量（ＥＲＭ：Ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ  Ｒｏｔａｔｉｎｇ  Ｍａｓｓ）振動モータの使用である。ＥＲＭ振動モータは、回転のポイントから中心の外れた小型の回転質量を運動させる。質量の回転は、求心力を生み出し、モータ全体を左右に運動及び振動させる。電気的に誘起される機械的運動を促進する別の一般的技術は、リニア共振アクチュエータ（ＬＲＡ：ｌｉｎｅａｒ  ｒｅｓｏｎａｎｔ  ａｃｔｕａｔｏｒ）の使用である。リニア共振アクチュエータは、磁気フィールド及び電流を使用してコイルへの力を生成し、前記コイルは、磁気質量をばねに対して上下に駆動する。前記磁気質量の運動は、リニア共振アクチュエータ全体を運動させ、それによって電気的に誘起される機械的運動を生む。別の一般的な技術は、圧電アクチュエータの使用である。圧電アクチュエータは、印加された電荷に応じて圧電材料において機械的変化を生み、前記機械的変化が電気的に誘起される機械的運動を生む。
【０００３】
従来技術において、このような電気的に誘起される機械的運動技術には多くの欠点がある。これらの欠点には、大きな電力消費、低い耐久性、より短い寿命、外部モータ及び／又は質量を有する複雑な設計、低い拡張性並びに広いエリアでの作動に対する低い適応性等がある。
【０００４】
以前から、弾性構造によるいくつかの作動のための解決策が提案されてきた。
【０００５】
米国特許第８５８７５４１Ｂ２号は、触覚的インタフェース・レイヤを作動するための方法のための１つの従来技術の解決策を開示しており、異なるリザーバにおいて流体を駆動してタッチ面に変形を生成する小型の液圧システムを使用することが提案されている。液圧ポンプによって生成される変形は、表面に触れる指によって容易に観察され得る。
【０００６】
米国特許第９４７７０７６Ｂ２号は、光学的微小電子機械システム構造のために使用され得る柔軟性（可撓性）の支持ポストを有する電気機械的システム・デバイスのための１つの従来技術の解決策を開示している。提示された解決策は、巨視的な構造、例えば触覚的フィードバック用途のための構造を作動させるために適していない。
【０００７】
特開２００７−２５９６６３号は、誘電体構造を有する積層された静電アクチュエータのための１つの従来技術の解決策を開示している。提示された解決策において説明された材料構造は、巨視的な構造、例えば触覚的フィードバック用途のための構造を作動させるために適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第８５８７５４１Ｂ２号
【特許文献２】米国特許第９４７７０７６Ｂ２号
【特許文献３】特開２００７−２５９６６３号
【発明の概要】
【０００９】
添付の図面の図において、いくつかの実施例が限定としてではなく実例として示される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の１つの例示的な実施例による、静電アクチュエータ構造の単一レイヤの少なくとも一部分を示す概念図である。
【図２】離間された２次元的な行／列格子状配列に配置された本発明の１つの例示的な実施例による多数の弾性支持ノジュールを示す図である。
【図３】離間された三角形状の格子状配列に配置された本発明の別の例示的な実施例による多数の弾性支持ノジュールを示す図である。
【図４】本発明の別の例示的な実施例による、静電アクチュエータ構造の単一レイヤの少なくとも一部分を示す概念図である。
【図５】本発明の１つの例示的な実施例による、４つの静電作動レイヤを有する静電アクチュエータ構造の少なくとも一部分を示す概念図である。
【図６】本発明の第３の例示的な実施例による、静電アクチュエータ構造の単一レイヤの少なくとも一部分を示す概念図である。
【図７】本発明の別の例示的な実施例による、６つの静電作動レイヤを有する静電アクチュエータ構造の少なくとも一部分を示す概念図である。
【図８】本発明の第３の例示的な実施例による、６つの静電作動レイヤを有する静電アクチュエータ構造の少なくとも一部分を示す概念図である。
【図９】本発明の第４の例示的な実施例による、６つの静電作動レイヤを有する静電アクチュエータ構造の少なくとも一部分を示す概念図である。
【図１０Ａ】本発明の１つの例示的な実施例による静電作動レイヤの少なくとも２つの積層体の１つを示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の１つの例示的な実施例による静電作動レイヤの少なくとも２つの積層体の１つを示す図である。
【図１１Ａ】追加的な堅固な構造を有する本発明の別の例示的な実施例による静電作動レイヤの少なくとも２つの積層体の１つを示す図である。
【図１１Ｂ】追加的な堅固な構造を有する本発明の別の例示的な実施例による静電作動レイヤの少なくとも２つの積層体の１つを示す図である。
【図１２Ａ】本発明の第５の例示的な実施例による、静電アクチュエータ構造の単一レイヤの少なくとも一部分を示す概念図である。
【図１２Ｂ】本発明の第５の例示的な実施例による、静電アクチュエータ構造の単一レイヤの少なくとも一部分を示す概念図である。
【図１２Ｃ】本発明の第５の例示的な実施例による、静電アクチュエータ構造の単一レイヤの少なくとも一部分を示す概念図である。
【図１３Ａ】本発明の例示的な実施例による能動素子を示す図である。
【図１３Ｂ】本発明の例示的な実施例による能動素子を示す図である。
【図１３Ｃ】本発明の例示的な実施例による能動素子を示す図である。
【図１３Ｄ】本発明の例示的な実施例による能動素子を示す図である。
【図１４Ａ】本発明の別の例示的な実施例による能動素子を示す図である。
【図１４Ｂ】本発明の別の例示的な実施例による能動素子を示す図である。
【図１４Ｃ】本発明の別の例示的な実施例による能動素子を示す図である。
【図１４Ｄ】本発明の別の例示的な実施例による能動素子を示す図である。
【図１４Ｅ】本発明の別の例示的な実施例による能動素子を示す図である。
【図１４Ｆ】本発明の別の例示的な実施例による能動素子を示す図である。
【図１５Ａ】本発明の第３の例示的な実施例による能動素子を示す図である。
【図１５Ｂ】本発明の第３の例示的な実施例による能動素子を示す図である。
【図１５Ｃ】本発明の第３の例示的な実施例による能動素子を示す図である。
【図１５Ｄ】本発明の第３の例示的な実施例による能動素子を示す図である。
【図１５Ｅ】本発明の第３の例示的な実施例による能動素子を示す図である。
【図１６Ａ】本発明の例示的な実施例による能動素子積層体を示す図である。
【図１６Ｂ】本発明の例示的な実施例による能動素子積層体を示す図である。
【図１６Ｃ】本発明の例示的な実施例による能動素子積層体を示す図である。
【図１６Ｄ】本発明の例示的な実施例による能動素子積層体を示す図である。
【図１７Ａ】本発明の別の例示的な実施例による能動素子積層体を構成する基本的な能動素子を示す図である。
【図１７Ｂ】本発明の別の例示的な実施例による能動素子積層体を構成する基本的な能動素子を示す図である。
【図１７Ｃ】本発明の別の例示的な実施例による能動素子積層体を構成する基本的な能動素子を示す図である。
【図１７Ｄ】本発明の別の例示的な実施例による能動素子積層体を構成する基本的な能動素子を示す図である。
【図１７Ｅ】本発明の別の例示的な実施例による能動素子積層体を構成する基本的な能動素子を示す図である。
【図１７Ｆ】本発明の別の例示的な実施例による能動素子積層体を構成する基本的な能動素子を示す図である。
【図１８Ａ】本発明の第３の例示的な実施例による能動素子積層体を構成する基本的な能動素子を示す図である。
【図１８Ｂ】本発明の第３の例示的な実施例による能動素子積層体を構成する基本的な能動素子を示す図である。
【図１８Ｃ】本発明の第３の例示的な実施例による能動素子積層体を構成する基本的な能動素子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
少なくとも１つの積み重ね可能な能動素子を有する新たな能動素子構造であって、前記少なくとも１つの積み重ね可能な能動素子の前記能動素子の各々は、
−  本質的に導電性又は半導電性であるか、又は導電性／半導電性電極レイヤを有する基板フィルムと、
−  格子状配列に配置された多数の弾性支持ノジュール（小突起）を有する弾性レイヤであって、前記多数の弾性支持ノジュールの間に圧縮空間が配置される、弾性レイヤと
を有し、
−  前記能動素子構造は、少なくとも２つの積み重ねられた能動素子の間に十分な電圧差が印加されたときに圧縮するように構成され、
−  前記能動素子構造は、顕著な圧縮をもたらす十分な電位が２つ以上の能動素子構造の間に印加されたときに、２つ以上の能動素子構造のレイヤの間での高電圧放電を防止する絶縁縁部又は完全封止を電極の上に有する、能動素子構造
が提供される。
【００１２】
提示される新たな静電アクチュエータ構造は、従来技術の解決策に対する明らかな改良である。新たな静電アクチュエータ構造は、様々な革新的な特徴を提示し、これらは、巨視的な構造、例えば触覚的フィードバック用途のための構造を作動させるために適している。特には、本発明によって生成される作動距離及び振幅は、従来技術の解決策と比べるとずっと大きく、異なるスケール・レベルを示している。提示される新たな静電アクチュエータ構造は、射出成形等の新たなタイプの製造方法にも適している。
【００１３】
積み重ねられた同一のモジュール構造を有する提示される新たな静電アクチュエータ構造のモジュール的な性質は、能動レイヤを追加又は除去し、それに応じてパワー信号を適合することによって、機械的作動における最終的なエネルギー（圧縮振幅及び力）を簡単に確立することを可能とする。
【００１４】
本明細書において説明される新たな静電アクチュエータ構造は、適切な電圧範囲内において著しく圧縮し得る、内蔵された適切な弾性構造を有する、製造が簡単な絶縁体レイヤを有する。発明者らの試験において、弾性ノジュールの全体的なエリアは、最適には全体的な流体空間の１％前後であって、これは、従来技術の解決策と比べるとかなりの改良を示している。
【００１５】
図１は、本発明の１つの例示的な実施例による、静電アクチュエータ構造の単一の静電作動レイヤの少なくとも一部分を示す概念図である。示された静電アクチュエータ構造の単一の静電作動レイヤ１０は、第１の基板フィルム１１と第２の基板フィルム１２とを有する。図１の提示された例示的な実施例において、第１の基板フィルム１１及び第２の基板フィルム１２は、１００マイクロメートル（１００μｍ）の厚さを有する。第１の基板フィルム１１は、通常、電気的絶縁材料であるが、本質的に導電性又は半導電性であってもよい。図１の提示された例示的な実施例において、第１の基板フィルム１１は、第１の基板フィルム１１の上に適用された第１の導電性／半導電性電極レイヤ１３を有し、前記第１の導電性／半導電性電極レイヤ１３は、第１の電極の一部である。第２の基板フィルム１２は、通常、電気的絶縁材料であるが、本質的に導電性又は半導電性であってもよい。図１の提示された例示的な実施例において、第２の基板フィルム１２は、第２の基板フィルム１２の上に適用された第２の導電性／半導電性電極レイヤ１４を有し、前記第２の導電性／半導電性電極レイヤ１４は、第２の電極の一部である。図１の提示された例示的な実施例において、前記第１の導電性／半導電性電極レイヤ１３は絶縁されている。本発明の代替的な実施例において、前記第２の導電性／半導電性電極レイヤ１４は絶縁されている。更に、本発明の別の代替的な実施例において、前記第１の導電性／半導電性電極レイヤ１３及び前記第２の導電性／半導電性電極レイヤ１４は、両方とも絶縁されている。
【００１６】
前記第１の基板フィルム１１及び前記第２の基板フィルム１２並びに／又は前記第１の導電性／半導電性電極レイヤ１３及び前記第２の導電性／半導電性電極レイヤ１４において、完全に導電性、すなわち金属導電性を有する材料の代わりに、半導電性材料を使用することの利点は、特に電極から透明性が期待される場合、又は高い柔軟性及び／又はいくらかの弾性が所望される場合の、よりコスト効果の高い材料の使用の可能性という利点であり得る。半導電性材料の使用は、デバイスの安全性も増大させ、予想外の故障の際に強い電気放電を防止する。
【００１７】
前記絶縁された第１の導電性／半導電性電極レイヤ１３を有する第１の基板フィルム１１は、第１の基板フィルム１１の前記絶縁された第１の導電性／半導電性電極レイヤ１３の上に適用された電気的絶縁弾性材料１５のレイヤ、例えば、電気的絶縁エラストマー被覆１５を有する。更に、格子状配列に配置され、第１の基板フィルム１１の前記絶縁された第１の導電性／半導電性電極レイヤ１３の電気的絶縁弾性材料１５の前記レイヤの上に接着された、又はこれの本質的構造の一部を形成する多数の弾性支持ノジュール１６がある。
【００１８】
本発明の代替的な実施例において、弾性ベース・レイヤ１５は存在しなくてよく、導電性／半導電性電極レイヤ１３及び１４の両者の間の領域に弾性支持ノジュール１６だけが存在する。
【００１９】
図１の提示された例示的な実施例において、電気的絶縁弾性材料１５の前記レイヤは２０マイクロメートル（２０μｍ）の厚さを有し、前記多数の弾性支持ノジュール１６は６０マイクロメートル（６０μｍ）の高さ、及び６０マイクロメートル（６０μｍ）の直径を有する。前記多数の弾性支持ノジュール１６は、最大幅に対する高さのアスペクト比の最大値が２であり得る。電気的絶縁弾性材料１５のレイヤ及び／又は前記多数の弾性支持ノジュール１６は、適切な堆積技術、例えば薄膜堆積技術を使用して適用され得る。前記多数の弾性支持ノジュール１６は、シリコンをベースとする有機ポリマー、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で作られ得る。前記多数の弾性支持ノジュール１６は、互いから１０ｍｍ未満の距離だけ離間されて配置され得、好ましくは互いから２ｍｍ未満の距離だけ離間されて配置され得る。前記多数の弾性支持ノジュール１６は、先端部よりも厚手の基端部を有する円錐状の形状を有し得る。このフォーム・ファクタは、モールドから弾性レイヤを円滑に分離する射出成形において特に適している。図２において示されるように、前記多数の弾性支持ノジュール１６は、例えば、離間された２次元的な行／列格子状配列の格子状配列に配置され得る。代替的に、図３において示されるように、前記多数の弾性支持ノジュール１６は、離間された三角形状の格子状配列の格子状配列に配置され得る。
【００２０】
前記多数の弾性支持ノジュール１６が第１の基板フィルム１１に適用された後、前記第２の導電性／半導電性電極レイヤ１４を有する第２の基板フィルム１２は、裏返しにされ、多数の弾性支持ノジュール１６の上に置かれて、静電作動レイヤを形成する。前記第２の基板フィルム１２を第１の基板フィルム１１及び多数の弾性支持ノジュール１６の上に置く前に、前記第２の基板フィルム１２及び／又は前記多数の弾性支持ノジュール１６に接着剤が塗布され得る。前記第１の基板フィルム１１及び前記第２の基板フィルム１２が静電作動レイヤとして上下に積み重ねられたとき、前記第１の導電性／半導電性電極レイヤ１３と前記第２の導電性／半導電性電極レイヤ１４との間の距離、すなわち、前記静電作動レイヤにおける電極間の距離は、１０００マイクロメートル（１０００μｍ）未満であり得、好ましくは２００マイクロメートル（２００μｍ）未満であり得る。図１の提示された例示的な実施例の前記静電作動レイヤにおいて、前記第１及び第２の導電性／半導電性電極レイヤ１３、１４の間の前記距離は８０マイクロメートル（８０μｍ）である。
【００２１】
前記静電作動レイヤにおいて、前記多数の弾性支持ノジュール１６は、前記第１及び第２の導電性／半導電性電極レイヤ１３、１４の間に圧縮空間を提供し、前記圧縮空間は、固体材料によって完全に充填されることはない。図１の提示された例示的な実施例において、前記圧縮空間は８０マイクロメートル（８０μｍ）の厚さであるとともに、２０マイクロメートル（２０μｍ）の厚さの電気的絶縁弾性材料レイヤ１５を有するので、６０マイクロメートル（６０μｍ）の空間ギャップが残され、前記圧縮空間のこの空間ギャップは、流体、例えば、空気、窒素、又は例えば誘電性作動流体等の誘電性液体によって充填され得る。提示された例示的な実施例において、前記静電作動レイヤのうちの少なくとも１つは、多数の制限ノジュールを有する格子状配列も有し得、前記多数の制限ノジュールは、前記静電アクチュエータ構造の圧縮を制限するために、弾性支持ノジュールの間、及び前記第１の基板フィルムと前記第２の基板フィルムとの間に配置される。提示された例示的な実施例において、前記空間ギャップの両側の前記第１及び第２の導電性／半導電性電極レイヤ１３、１４の表面及び弾性支持ノジュール１６は、本質的に疎水性であり得、又は疎水的若しくは超疎水的に被覆され得、又は疎水的若しく超疎水的に処理され得る。
【００２２】
本発明による静電アクチュエータ構造は、前記少なくとも第１の電極と第２の電極との間に十分な電圧差が印加されたときに、圧縮するように構成される。前記静電アクチュエータ構造は、柔軟性の基板の一部として埋め込まれ得る。前記静電アクチュエータ構造は、必ずしも平坦ではなく、柔軟性であり得、必ずしも平坦ではない剛性の又は柔軟性の基板の一部として埋め込まれ得る。静電アクチュエータ構造の示された単一の静電作動レイヤ１０は、２８０マイクロメートル（２８０μｍ）の全体的な厚さを有し、これに前記第１及び第２の導電性／半導電性電極レイヤ１３、１４の厚さ及び前記接着剤１０７の厚さが追加され、このため、全体的な厚さはおよそ２９０マイクロメートル（２９０μｍ）になる。
【００２３】
発明者らは、システムは、ノジュール間隔及び寸法について非常に特異的であることを観察した。システムがそのために設計された巨視的作動用途のためには、例えば、１００マイクロメートルの直径と１ミリメートルの間隔とを有する１００マイクロメートルの高さのノジュールの寸法は、典型的なシリコーン・ラバー硬度で、良好に働く。このようなノジュールは、１ＫＶ電圧前後の電位差が印加されたときに、例えば、１０から３０マイクロメートル圧縮し得る。作動の振幅及び強さは、いくつかのレイヤを上下に積み重ねることによって増大され得る。
【００２４】
図４は、本発明の別の例示的な実施例による、静電アクチュエータ構造の単一の静電作動レイヤの少なくとも一部分を示す概念図である。示された静電アクチュエータ構造の単一の静電作動レイヤ２０は、第１の基板フィルム２１と第２の基板フィルム２２とを有する。図４の提示された例示的な実施例において、第１の基板フィルム２１は、１００マイクロメートル（１００μｍ）の厚さを有し、第２の基板フィルム２２は、１７５マイクロメートル（１７５μｍ）の厚さを有する。第１の基板フィルム２１は、通常、電気的絶縁材料であるが、本質的に導電性又は半導電性であってもよい。図４の提示された例示的な実施例において、第１の基板フィルム２１は、第１の基板フィルム２１の上に適用された第１の導電性／半導電性電極レイヤ２３を有し、前記第１の導電性／半導電性電極レイヤ２３は、第１の電極の一部である。第２の基板フィルム２２は、通常、電気的絶縁材料であるが、本質的に導電性又は半導電性であってもよい。図４の提示された例示的な実施例において、第２の基板フィルム２２は、第２の基板フィルム２２の上に適用された第２の導電性／半導電性電極レイヤ２４を有し、前記第２の導電性／半導電性電極レイヤ２４は、第２の電極の一部である。図４の提示された例示的な実施例において、前記第１の導電性／半導電性電極レイヤ２３は絶縁されている。本発明の代替的な実施例において、前記第２の導電性／半導電性電極レイヤ２４は絶縁されている。更に、本発明の別の代替的な実施例において、前記第１の導電性／半導電性電極レイヤ２３及び前記第２の導電性／半導電性電極レイヤ２４は、両方とも絶縁されている。
【００２５】
前記第１の基板フィルム２１及び前記第２の基板フィルム２２並びに／又は前記第１の導電性／半導電性電極レイヤ２３及び前記第２の導電性／半導電性電極レイヤ２４において、完全に導電性、すなわち金属導電性を有する材料の代わりに、半導電性材料を使用することの利点は、特に電極から透明性が期待される場合、又は高い柔軟性及び／又はいくらかの弾性が所望される場合の、よりコスト効果の高い材料の使用の可能性という利点であり得る。半導電性材料の使用は、デバイスの安全性も増大させ、予想外の故障の際に強い電気放電を防止する。
【００２６】
前記絶縁された第１の導電性／半導電性電極レイヤ２３を有する第１の基板フィルム２１は、第１の基板フィルム２１の前記絶縁された第１の導電性／半導電性電極レイヤ２３の上に適用された電気的絶縁弾性材料２５のレイヤ、例えば、電気的絶縁エラストマー被覆２５を有する。更に、格子状配列に配置され、第１の基板フィルム２１の前記絶縁された第１の導電性／半導電性電極レイヤ２３の電気的絶縁弾性材料２５の前記レイヤの上に接着された、又はこれの本質的構造の一部を形成する多数の弾性支持ノジュール２６がある。
【００２７】
本発明の代替的な実施例において、弾性ベース・レイヤ２５は存在しなくてよく、導電性／半導電性電極レイヤ２３及び２４の両者の間の領域に弾性支持ノジュール２６だけが存在する。
【００２８】
図４の提示された例示的な実施例において、電気的絶縁弾性材料２５の前記レイヤは２０マイクロメートル（２０μｍ）の厚さを有し、前記多数の弾性支持ノジュール２６は１５０マイクロメートル（１５０μｍ）の高さを有する。前記多数の弾性支持ノジュール２６は、最大幅に対する高さのアスペクト比の最大値が２であり得る。電気的絶縁弾性材料２５のレイヤ及び／又は前記多数の弾性支持ノジュール２６は、適切な微細加工技術、例えば薄膜堆積技術を使用して適用され得る。前記多数の弾性支持ノジュール２６は、シリコンをベースとする有機ポリマー、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で作られ得る。前記多数の弾性支持ノジュール２６は、互いから１０ｍｍ未満の距離だけ離間されて配置され得、好ましくは互いから２ｍｍ未満の距離だけ離間されて配置され得る。前記多数の弾性支持ノジュール２６は、先端部よりも厚手の基端部を有する円錐状の形状を有し得る。このフォーム・ファクタは、モールドから弾性レイヤを円滑に分離する射出成形において特に適している。図２において示されるように、前記多数の弾性支持ノジュール２６は、例えば、離間された２次元的な行／列格子状配列の格子状配列に配置され得る。代替的に、図３において示されるように、前記多数の弾性支持ノジュール２６は、離間された三角形状の格子状配列の格子状配列に配置され得る。
【００２９】
第２の基板フィルム２２は、前記第２の基板フィルム２２にウェル２８を提供するために、微細加工、例えばエッチングされ、前記ウェル２８は、第１の基板フィルム２１の多数の弾性支持ノジュール２６と合致するように配置される。ウェル２８は、適切な微細加工技術、例えば異方性ウェット・エッチング技術を使用して微細加工され得る。前記第２の導電性／半導電性電極レイヤ２４を有する微細加工された第２の基板フィルム２２は、裏返しにされ、ウェル２８が多数の弾性支持ノジュール２６と一致するように第１の基板フィルム２１の多数の弾性支持ノジュール２６の上に置かれて、静電作動レイヤを形成する。前記静電作動レイヤにおいて、弾性支持ノジュール２６は前記ウェル２８内にある。前記第２の基板フィルム２２を多数の弾性支持ノジュール２６の上に置く前に、前記ウェル２８及び／又は前記多数の弾性支持ノジュール２６に接着剤２７が塗布され得る。図４の提示された例示的な実施例において、前記ウェル２８の前記深さは９０マイクロメートル（９０μｍ）である。微細加工されるべき第２の基板フィルム２２の厚さに応じて、他の適切な深さも使用されてよい。
【００３０】
前記第１の基板フィルム２１及び前記第２の基板フィルム２２が静電作動レイヤとして上下に積み重ねられたとき、前記第１の導電性／半導電性電極レイヤ２３と前記第２の導電性／半導電性電極レイヤ２４との間の距離、すなわち、前記静電作動レイヤにおける電極間の距離は、１０００マイクロメートル（１０００μｍ）未満であり得、好ましくは２００マイクロメートル（２００μｍ）未満であり得る。図４の提示された例示的な実施例の前記静電作動レイヤにおいて、前記第１及び第２の導電性／半導電性電極レイヤ２３、２４の間の前記距離は８０マイクロメートル（８０μｍ）である。前記第１の基板フィルム２１の多数の弾性支持ノジュール２６と合致する前記第２の基板フィルム２２のウェル２８によって、前記第１及び第２の導電性／半導電性電極レイヤ２３、２４の間の前記距離は、多数の弾性支持ノジュール２６の高さよりも著しく小さい。電極間の距離が短いと同じ高さのノジュールについてより強い静電圧縮力が可能となるので、これは、このタイプの構成の主な利点である。最終的に、このことは、同様の作動力に対するより高い圧縮率につながる。
【００３１】
前記静電作動レイヤにおいて、前記多数の弾性支持ノジュール２６は、前記第１及び第２の導電性／半導電性電極レイヤ２３、２４の間に圧縮空間を提供し、前記圧縮空間は、固体材料によって完全に充填されることはない。図４の提示された例示的な実施例において、前記圧縮空間は８０マイクロメートル（８０μｍ）の厚さであるとともに、２０マイクロメートル（２０μｍ）の厚さの電気的絶縁弾性材料レイヤ２５を有するので、６０マイクロメートル（６０μｍ）の空間ギャップが残され、前記圧縮空間のこの空間ギャップは、流体、例えば、空気、窒素、又は例えば誘電性作動流体等の誘電性液体によって充填され得る。提示された例示的な実施例において、前記静電作動レイヤのうちの少なくとも１つは、多数の制限ノジュールを有する格子状配列も有し得、前記多数の制限ノジュールは、前記静電アクチュエータ構造の圧縮を制限するために、弾性支持ノジュールの間、及び前記第１の基板フィルムと前記第２の基板フィルムとの間に配置される。提示された例示的な実施例において、前記圧縮空間の前記空間ギャップの両側の前記第１及び第２の導電性／半導電性電極レイヤ２３、２４の表面及び弾性支持ノジュール２６は、本質的に疎水性であり得、又は疎水的若しくは超疎水的に被覆され得、又は疎水的若しく超疎水的に処理され得る。
【００３２】
本発明による静電アクチュエータ構造は、前記少なくとも第１の電極と第２の電極との間に十分な電圧差が印加されたときに、圧縮するように構成される。前記静電アクチュエータ構造は、柔軟性の基板の一部として埋め込まれ得る。前記静電アクチュエータ構造は、必ずしも平坦ではなく、柔軟性であり得、必ずしも平坦ではない剛性の又は柔軟性の基板の一部として埋め込まれ得る。静電アクチュエータ構造の示された単一の静電作動レイヤ２０は、３５５マイクロメートル（３５５μｍ）の全体的な厚さを有し、これに前記第１及び第２の導電性／半導電性電極レイヤ２３、２４の厚さ及び前記接着剤２７の厚さが追加され、このため、全体的な厚さはおよそ３６５マイクロメートル（３６５μｍ）になる。
【００３３】
図５は、本発明の１つの例示的な実施例による、４つの静電作動レイヤを有する静電アクチュエータ構造の少なくとも一部分を示す概念図である。示された静電アクチュエータ構造は、４つの静電作動レイヤ２１１〜２１４を有する。図５の提示された例示的な実施例において、静電作動レイヤ２１１〜２１４の各々は、第１の導電性／半導電性電極レイヤを有する第１の基板フィルムであって、前記第１の導電性／半導電性電極レイヤは第１の電極２３０の一部である、第１の基板フィルムと、第２の導電性／半導電性電極レイヤを有する第２の基板フィルムであって、前記第２の導電性／半導電性電極レイヤは第２の電極２４０の一部である、第２の基板フィルムとを有し、前記第１及び第２の導電性／半導電性電極レイヤのうちの少なくとも１つは、他の導電性／半導電性電極レイヤから絶縁されており、更に静電作動レイヤ２１１〜２１４の各々は、多数の弾性支持ノジュールを有する格子状配列を有し、前記多数の弾性支持ノジュールは、前記第１及び第２の導電性／半導電性電極レイヤの間に圧縮空間が配置されるように、前記第１の基板フィルムと前記第２の基板フィルムとの間に配置され、前記圧縮空間は、固体材料によって完全に充填されることはない。本発明による静電アクチュエータ構造は、高電圧ドライバ２５０、例えばフライバック・モード・ブースト・コンバータを有する高電圧ドライバも有し得る。
【００３４】
図５の提示された例示的な実施例において、静電作動レイヤ２１１〜２１４の各々は、前記静電作動レイヤ２１１〜２１４の類似の構造要素が、少なくとも部分的に一致、好ましくは完全に一致するように、上下に積み重ねられる。本発明による静電アクチュエータ構造は、前記第１の電極２３０と前記第２の電極２４０との間に十分な電圧差が印加されたときに、圧縮するように構成される。前記静電作動レイヤ２１１〜２１４の一致して接着及び接合された構造によって、前記静電アクチュエータ構造の圧縮効果は、実質的に、一致するレイヤの数の関数として増大される。前記静電作動レイヤ２１１〜２１４の接着及び接合された構造によって補助されて、上部の穴は回避され、空気圧縮のための潜在的な柱間嚥下（ｉｎｔｅｒ−ｐｉｌｌａｒ  ｓｗａｌｌｏｗｉｎｇ）による効果の潜在的な減退がカバーされる。更に、潜在的なレイヤ間の揺れ（ｉｎｔｅｒ  ｌａｙｅｒ  ｂｏｕｎｃｉｎｇ）又は不均一な分離が回避される。
【００３５】
静電作動レイヤ２１１〜２１４の各々は、およそ３６５マイクロメートル（３６５μｍ）の全体的厚さを有するので、提示された例示的な実施例による４つの静電作動レイヤを有する静電アクチュエータ構造の厚さは、３６５マイクロメートルのおよそ４倍（４×３６５μｍ）となり、これにより静電アクチュエータ構造の合計の厚さはおよそ１．４６ミリメートル（１．４６ｍｍ）となる。本発明による静電アクチュエータ構造は気密に封止され得る。
【００３６】
説明された圧縮ノジュール構造は、気密な封止とともに、レイヤの圧縮を気圧式ポンプ構造として使用することを可能とする。気体又は液体材料が、圧力に影響される様々な弾性構造を作動させるために使用され得、気圧式又は液圧式手段を介してテクスチャー加工された表面を生成し又はシステムのいくらかの部分を作動させる。
【００３７】
図６は、本発明の第３の例示的な実施例による、静電アクチュエータ構造の単一の静電作動レイヤの少なくとも一部分を示す概念図である。示された静電アクチュエータ構造の単一の静電作動レイヤ３０は、第１の基板フィルム３１と第２の基板フィルム３２とを有する。図６の提示された例示的な実施例において、第１の基板フィルム３１は、１００マイクロメートル（１００μｍ）の厚さを有し、第２の基板フィルム３２は、１７５マイクロメートル（１７５μｍ）の厚さを有する。第１の基板フィルム３１は、通常、電気的絶縁材料であるが、本質的に導電性又は半導電性であってもよい。図６の提示された例示的な実施例において、第１の基板フィルム３１は、第１の基板フィルム３１の上に適用された第１の導電性／半導電性電極レイヤ３３を有し、前記第１の導電性／半導電性電極レイヤ３３は、第１の電極の一部である。第２の基板フィルム３２は、通常、電気的絶縁材料であるが、本質的に導電性又は半導電性であってもよい。図６の提示された例示的な実施例において、第２の基板フィルム３２は、第２の基板フィルム３２の上に適用された第２の導電性／半導電性電極レイヤ３４を有し、前記第２の導電性／半導電性電極レイヤ３４は、第２の電極の一部である。前記第１の導電性／半導電性電極レイヤ３３及び前記第２の導電性／半導電性電極レイヤ３４のうちの一方又は両方は、絶縁されている。
【００３８】
前記第１の基板フィルム３１及び前記第２の基板フィルム３２並びに／又は前記第１の導電性／半導電性電極レイヤ３３及び前記第２の導電性／半導電性電極レイヤ３４において、完全に導電性、すなわち金属導電性を有する材料の代わりに、半導電性材料を使用することの利点は、特に電極から透明性が期待される場合、又は高い柔軟性及び／又はいくらかの弾性が所望される場合の、よりコスト効果の高い材料の使用の可能性という利点であり得る。
【００３９】
前記絶縁された第１の導電性／半導電性電極レイヤ３３を有する第１の基板フィルム３１は、第１の基板フィルム３１の前記絶縁された第１の導電性／半導電性電極レイヤ３３の上に適用された電気的絶縁弾性材料３５のレイヤ、例えば、電気的絶縁エラストマー被覆３５を有する。更に、格子状配列に配置され、第１の基板フィルム３１の前記絶縁された第１の導電性／半導電性電極レイヤ３３の電気的絶縁弾性材料３５の前記レイヤの上に接着された、又はこれの本質的構造の一部を形成する多数の弾性支持ノジュール３６がある。図６の提示された例示的な実施例において、電気的絶縁弾性材料３５の前記レイヤは２０マイクロメートル（２０μｍ）の厚さを有し、前記多数の弾性支持ノジュール３６は８０マイクロメートル（８０μｍ）の高さを有する。前記多数の弾性支持ノジュール３６は、最大幅に対する高さのアスペクト比の最大値が２であり得る。電気的絶縁弾性材料３５のレイヤ及び／又は前記多数の弾性支持ノジュール３６は、適切な微細加工技術、例えば薄膜堆積技術を使用して適用され得る。前記多数の弾性支持ノジュール３６は、シリコンをベースとする有機ポリマー、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で作られ得る。前記多数の弾性支持ノジュール３６は、互いから１０ｍｍ未満の距離だけ離間されて配置され得、好ましくは互いから２ｍｍ未満の距離だけ離間されて配置され得る。前記多数の弾性支持ノジュール１６は、先端部よりも厚手の基端部を有する円錐状の形状を有し得る。このフォーム・ファクタは、モールドから弾性レイヤを円滑に分離する射出成形において特に適している。図２において示されるように、前記多数の弾性支持ノジュール３６は、例えば、離間された２次元的な行／列格子状配列の格子状配列に配置され得る。代替的に、図３において示されるように、前記多数の弾性支持ノジュール３６は、離間された三角形状の格子状配列の格子状配列に配置され得る。
【００４０】
更に、本例示的な実施例による静電アクチュエータ構造は、気体リザーバ３７、例えば空気リザーバを有し、空気が圧縮するとき又は圧縮レイヤから移動するときに、全体的空気圧縮の減少を可能とする。第２の基板フィルム３２は、前記第２の基板フィルム３２に気体リザーバ３７、例えば空気リザーバ３７を提供するために、微細加工、例えばエッチングされ、前記気体リザーバ３７は、空気体積の圧縮率を減少させるように構成される。気体リザーバ３７は、適切な微細加工技術、例えば異方性ウェット・エッチング技術を使用して微細加工され得る。前記第２の導電性／半導電性電極レイヤ３４を有する微細加工された第２の基板フィルム３２は、裏返しにされ、多数の弾性支持ノジュール３６の上に置かれて、静電作動レイヤを形成する。図６の提示された例示的な実施例において、前記気体リザーバ３７の前記深さは９０マイクロメートル（９０μｍ）である。微細加工されるべき第２の基板フィルム３２の厚さに応じて、他の適切な深さも使用されてよい。更に、前記気体リザーバ３７の深さは、第２の基板フィルム３２の厚さと同一であってもよく、気体リザーバは第２の基板フィルムを貫通する穴を形成する。
【００４１】
発明者は、システムは、ノジュール間隔及び寸法について非常に特異的であることを観察した。システムがそのために設計された巨視的作動用途のためには、例えば、１００マイクロメートルの直径と１ミリメートルの間隔とを有する１００マイクロメートルの高さのノジュールの寸法は、典型的なシリコーン・ラバー硬度で、良好に働く。このようなノジュールは、１ＫＶ電圧前後の電位差が印加されたときに、例えば、１０から３０マイクロメートル圧縮し得る。作動の振幅及び強さは、いくつかのレイヤを上下に積み重ねることによって増大され得る。
【００４２】
加えて、半導電性レイヤの抵抗は、前記アクチュエータ構造が、容量性タッチ・センサ又は容量性タッチ・パネルの上に位置決めされ得、タッチ・センサがレイヤを介して感知することを可能とし得るように選択され得る。このことは、容量性タッチ・センサ又は容量性タッチ・パネルは、典型的には、１００ｋＨｚを超える信号を感知目的のために使用する一方、本発明のアクチュエータは、典型的には、５００Ｈｚよりも小さな信号で駆動されることで可能となる。従って、半導電性の材料のアクチュエータ電極を、例えば、１００ｋオーム／スクエアから１００Ｍオーム／スクエアの間の表面抵抗とすることが可能であり、それらは、アクチュエータが作動するために十分に速く荷電され得るが、感知タッチ・パネルのずっと高い周波数の感知信号に対しては絶縁レイヤとして現れる。第１の基板フィルム及び第２の基板フィルムの半導電性は、前記第１の基板フィルム及び前記第２の基板フィルムが、より高い周波数の感知信号に対して絶縁レイヤとして現れるように選択され得る。
【００４３】
半導電性材料の使用は、なおも別の便益を有し得、前記アクチュエータが例えば導電性物体による穿刺のリスクに晒されたとき、半導電性材料は、追加的な安全性便益を提供する天然の電流制限方法として働く。
【００４４】
図７は、本発明の別の例示的な実施例による、６つの静電作動レイヤを有する静電アクチュエータ構造の少なくとも一部分を示す概念図である。示された静電アクチュエータ構造は、６つの静電作動レイヤ１１１〜１１６を有する。図７の提示された例示的な実施例において、静電作動レイヤ１１１〜１１６の各々は、第１の導電性／半導電性電極レイヤを有する第１の基板フィルムであって、前記第１の導電性／半導電性電極レイヤは第１の電極１３０の一部である、第１の基板フィルムと、第２の導電性／半導電性電極レイヤを有する第２の基板フィルムであって、前記第２の導電性／半導電性電極レイヤは第２の電極１４０の一部である、第２の基板フィルムとを有し、前記第１及び第２の導電性／半導電性電極レイヤのうちの少なくとも１つは、他の導電性／半導電性電極レイヤから絶縁されており、前記静電作動レイヤ１１１〜１１６は、静電作動レイヤの積層体として上下に積み重ねられ、前記積層体の中ほどにおいて、二機能性の基板フィルムは、前記静電作動レイヤ１１１〜１１６のうちの２つ、１つは前記二機能性の基板フィルムの下方のもの、もう一方は前記二機能性の基板フィルムの上方のもののために第１の基板フィルム又は第２の基板フィルムを形成する。本発明による静電アクチュエータ構造は、高電圧ドライバ１５０、例えばフライバック・モード・ブースト・コンバータを有する高電圧ドライバも有し得る。更に、静電作動レイヤの前記積層体における基板フィルムの各々は、埋め込まれた接続要素１２１〜１２７、例えば、埋め込まれた金属ワイヤ１２１〜１２７を有し得、前記埋め込まれた接続要素１２１〜１２７は、１つ又は複数の導電性／半導電性電極レイヤを前記高電圧ドライバ１５０に接続する。静電作動レイヤの前記積層体の中ほどで、埋め込まれた接続要素１２２〜１２６は、前記二機能性の基板フィルムの導電性／半導電性電極レイヤを一体に、及び前記高電圧ドライバ１５０に接続する。
【００４５】
静電作動レイヤ１１１〜１１６の各々は、多数の弾性支持ノジュールを有する格子状配列も有し、前記多数の弾性支持ノジュールは、前記第１及び第２の導電性／半導電性電極レイヤの間に圧縮空間が配置されるように、前記第１の基板フィルムと前記第２の基板フィルムとの間に配置され、前記圧縮空間は、固体材料によって完全に充填されることはない。
【００４６】
図８は、本発明の第３の例示的な実施例による、６つの静電作動レイヤを有する静電アクチュエータ構造の少なくとも一部分を示す概念図である。示された静電アクチュエータ構造は、６つの静電作動レイヤ１３１〜１３６を有する。図８の提示された例示的な実施例において、静電作動レイヤ１３１〜１３６の各々は、第１の導電性／半導電性電極レイヤを有する第１の基板フィルムであって、前記第１の導電性／半導電性電極レイヤは第１の電極１３０の一部である、第１の基板フィルムと、第２の導電性／半導電性電極レイヤを有する第２の基板フィルムであって、前記第２の導電性／半導電性電極レイヤは第２の電極１４０の一部である、第２の基板フィルムとを有し、前記第１及び第２の導電性／半導電性電極レイヤのうちの少なくとも１つは、他の導電性／半導電性電極レイヤから絶縁されており、前記静電作動レイヤ１３１〜１３６は、静電作動レイヤの積層体として上下に積み重ねられ、前記積層体の中ほどにおいて、二機能性の基板フィルムは、前記静電作動レイヤ１３１〜１３６のうちの２つ、１つは前記二機能性の基板フィルム下方のもの、もう一方は前記二機能性の基板フィルムの上方のもののために第１の基板フィルム又は第２の基板フィルムを形成する。更に、静電作動レイヤの前記積層体の中ほどにおいて、前記二機能性の基板フィルムの二機能性の導電性／半導電性電極レイヤは、前記静電作動レイヤ１３１〜１３６のうちの２つ、１つは前記二機能性の導電性／半導電性電極レイヤ下方のもの、もう一方は前記二機能性の導電性／半導電性電極レイヤの上方のもののために導電性／半導電性電極レイヤとして機能するように構成される。
【００４７】
本発明による静電アクチュエータ構造は、高電圧ドライバ１５０、例えばフライバック・モード・ブースト・コンバータを有する高電圧ドライバも有し得る。更に、静電作動レイヤの前記積層体における基板フィルムの各々は、埋め込まれた接続要素１４１〜１４７を有し得、前記埋め込まれた接続要素１４１〜１４７は、導電性／半導電性電極レイヤ／被覆を前記高電圧ドライバ１５０に接続する。
【００４８】
静電作動レイヤ１３１〜１３６の各々は、多数の弾性支持ノジュールを有する格子状配列も有し、前記多数の弾性支持ノジュールは、前記第１及び第２の導電性／半導電性電極レイヤの間に圧縮空間が配置されるように、前記第１の基板フィルムと前記第２の基板フィルムとの間に配置され、前記圧縮空間は、固体材料によって完全に充填されることはない。
【００４９】
図９は、本発明の第４の例示的な実施例による、６つの静電作動レイヤを有する静電アクチュエータ構造の少なくとも一部分を示す概念図である。示された静電アクチュエータ構造は、６つの静電作動レイヤ１５１〜１５６を有する。図９の提示された例示的な実施例において、静電作動レイヤ１５１〜１５６の各々は、第１の導電性／半導電性電極レイヤを有する第１の基板フィルムであって、前記第１の導電性／半導電性電極レイヤは第１の電極１３０の一部である、第１の基板フィルムと、第２の導電性／半導電性電極レイヤを有する第２の基板フィルムであって、前記第２の導電性／半導電性電極レイヤは第２の電極１４０の一部である、第２の基板フィルムとを有し、前記第１及び第２の導電性／半導電性電極レイヤのうちの少なくとも１つは、他の導電性／半導電性電極レイヤから絶縁されており、前記静電作動レイヤ１５１〜１５６は、静電作動レイヤの積層体として上下に積み重ねられ、前記積層体の中ほどにおいて、二機能性の電気的絶縁弾性材料レイヤは、前記静電作動レイヤ１５１〜１５６のうちの２つ、１つは前記二機能性の電気的絶縁弾性材料レイヤ下方のもの、もう一方は前記二機能性の電気的絶縁弾性材料レイヤの上方のもののために第１の基板フィルム又は第２の基板フィルムを形成する。更に、静電作動レイヤの前記積層体の中ほどにおいて、前記二機能性の電気的絶縁弾性材料レイヤの二機能性の導電性／半導電性電極レイヤは、前記静電作動レイヤ１５１〜１５６のうちの２つ、１つは前記二機能性の導電性／半導電性電極レイヤ下方のもの、もう一方は前記二機能性の導電性／半導電性電極レイヤの上方のもののために導電性／半導電性電極レイヤとして機能するように構成される。
【００５０】
本発明による静電アクチュエータ構造は、高電圧ドライバ１５０、例えばフライバック・モード・ブースト・コンバータを有する高電圧ドライバも有し得る。更に、静電作動レイヤの前記積層体における基板フィルムの各々は、埋め込まれた接続要素１６１〜１６７を有し得、前記埋め込まれた接続要素１６１〜１６７は、導電性／半導電性電極レイヤ／被覆を前記高電圧ドライバ１５０に接続する。
【００５１】
静電作動レイヤ１５１〜１５６の各々は、多数の弾性支持ノジュールを有する格子状配列も有し、前記多数の弾性支持ノジュールは、前記第１及び第２の導電性／半導電性電極レイヤの間に圧縮空間が配置されるように、前記第１の基板フィルムと前記第２の基板フィルムとの間に配置され、前記圧縮空間は、固体材料によって完全に充填されることはない。
【００５２】
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ及び図１１Ｂにおいて示されるように、前記静電アクチュエータ構造の前記２つ以上の静電作動レイヤは、静電作動レイヤの少なくとも２つの積層体を形成するように上下に積み重ねられたいくつかの静電作動レイヤを有し得る。提示された例示的な実施例において、前記空間ギャップの両側の前記第１及び第２の導電性／半導電性電極レイヤの表面及び弾性支持ノジュールは、本質的に疎水性であり得、又は疎水的若しくは超疎水的に被覆され得、又は疎水的若しく超疎水的に処理され得る。
【００５３】
図１０Ａ／図１０Ｂ及び図１１Ａ／図１１Ｂは、静電作動レイヤの少なくとも２つの積層体を有する静電アクチュエータ構造を提示し、少なくとも１つの気体リザーバ、例えば空気リザーバが静電作動レイヤの前記少なくとも２つの積層体の間に配置され、弾性面レイヤが静電作動レイヤの前記少なくとも２つの積層体の上、及び前記少なくとも１つの気体リザーバの上に配置されている。図１１Ａ／図１１Ｂにおいて、前記静電アクチュエータ構造は、前記弾性面レイヤの上に追加的な堅固な構造も有する。図１０Ａ／図１１Ａは、休止状態にあるときの前記静電アクチュエータ構造を提示する。図１０Ｂ／図１１Ｂは、圧縮されて、前記少なくとも１つの気体リザーバの上の前記弾性面レイヤがそれに応じて膨らんだときの前記静電アクチュエータ構造を提示する。
【００５４】
図１２Ａ／図１２Ｂ／図１２Ｃは、本発明の第５の例示的な実施例による、静電アクチュエータ構造の単一レイヤの少なくとも一部分を示す概念図を示す。図１２Ａ／図１２Ｂ／図１２Ｃにおいて、前記静電アクチュエータ構造は、柔軟性の上側基板を有する。
【００５５】
図１２Ａは、休止状態にあるときの前記静電アクチュエータ構造を提示する。図１２Ｂは、部分的に圧縮されたときの前記静電アクチュエータ構造を提示する。図１２Ｃは、完全に圧縮されたときの前記静電アクチュエータ構造を提示する。図１２Ｂ／図１２Ｃにおいて、前記静電アクチュエータ構造の柔軟性の上側基板が圧縮されると、余剰気体が、支持ノジュールの位置において膨らむ。
【００５６】
図１３Ａ／図１３Ｂ／図１３Ｃ／図１３Ｄは、本発明の例示的な実施例による能動素子を示す。図１３Ａ及び図１３Ｂはそれぞれ、能動素子の上面図及び底面図である。図１３Ｃ及び１３Ｄはそれぞれ、図１３Ｂに描かれた軸ＡＢ及びＣＤに沿った能動素子の輪郭断面図である。
【００５７】
図１３Ａ／図１３Ｂ／図１３Ｃ／図１３Ｄにおいて、電極レイヤは、参照符号１０１として描かれている。ノジュール１０３又は柱１０３は、同一材料のベース・レイヤによって全て接続され、同一材料のベース・レイヤとともに、それらは、弾性レイヤ１０２を表す単一ユニットを形成する。それにもかかわらず、これは単なる１つの実例に過ぎず、他の実施態様において、ノジュール又は柱は、個々に分散されて、それらの間の接続無しに圧縮的レイヤを形成し得、又は同一の若しくは異なる材料の格子状構造によって接続され得る。提示された能動素子は、隣接するものの間で吸着（引力）を生成するためのそれらの間での電荷の積み重ね及び駆動のためのものと意図される。本発明のもののような静電システムにおける重大な問題は、それらが比較的高い電位差に晒されたときに、電極レイヤの間で電気放電が起こり得ることである。この問題に対処するために、上述のように、種々の例示的な実施例において提示される構成の各々は、印加される電圧差が十分に高いときに、電極間の流体の絶縁破壊を防止するように具体的に適合されなければならない。現在の例示的な実施例において、非導電性の弾性レイヤ１０２は、電極レイヤ１０１よりも大きな表面積を有し、この面積差は、印加される電位差が十分に低ければ、電極間の電気放電を防止するために十分である。このように、電極は、弾性ノジュールを形成する同一の材料を使用して絶縁され得、同一のレイヤの一部分を形成し得るが、電極間の流体に接触する露出した電極エリアを、ポリマー又はポリイミド、例えばカプトン、等の高い電気的絶縁性の材料で作られた追加的な絶縁レイヤによって完全に覆うことによって、電気的絶縁も達成又は改善され得、それにより、能動素子の２つ以上の電極の間の電気放電を防止するためのレイヤを形成する。この後者の構成は、以下の図１４Ａ／図１４Ｂ／図１４Ｃ／図１４Ｄ／図１４Ｅ／図１４Ｆの例示的な実施例において示される。
【００５８】
図１４Ａ／図１４Ｂ／図１４Ｃ／図１４Ｄ／図１４Ｅ／図１４Ｆは、本発明の別の例示的な実施例による能動素子を示す。図１４Ａ／図１４Ｂ／図１４Ｃ／図１４Ｄ／図１４Ｅ／図１４Ｆの提示された別の例示的な実施例において、電極間の電気放電は、追加的な絶縁レイヤを含むことによって更に防止される。図１４Ａ及び図１４Ｂはそれぞれ、能動素子の上面図及び底面図である。図１４Ｃ及び図１４Ｄ／図１４Ｅ／図１４Ｆはそれぞれ、図１４Ｂに描かれた軸ＡＢ及びＣＤに沿った能動素子の輪郭断面図であり、図１４Ｄ／図１４Ｅ／図１４Ｆはそれぞれ、異なる代替的な構成を提示する。
【００５９】
図１４Ａ／図１４Ｂ／図１４Ｃ／図１４Ｄ／図１４Ｅ／図１４Ｆにおいて、電極レイヤは、参照符号２０１として描かれている。ノジュール２０３又は柱２０３は、同一材料のベース・レイヤとともに、弾性レイヤ２０２の一体的部分を形成する。絶縁レイヤは、参照符号２０４として示され、前記絶縁レイヤ２０４の表面は、電極２０１のエリアの縁部を超えて延在し、電気的絶縁のために、この領域において非導電性の弾性レイヤ２０２と直接的に接触する。弾性レイヤ２０２と絶縁レイヤ２０４との間の電極２０１の位置は、図１４Ａ及び図１４Ｂにおいては、細い点線として示される。
【００６０】
図１４Ｄ／図１４Ｅ／図１４Ｆの種々の代替的な構成は、電極レイヤ２０１の露出領域の構造のための種々の代替物の実例を表し、これは電気的接続のために必要である。これらは全て、能動素子の両側からの電気的な接触を可能とすることを目的し、以下に説明される図１６Ａ／図１６Ｂ／図１６Ｃ／図１６Ｄに示されたもの等、いくつかの基本的な積層体構成においてこれは非常に有益である。
【００６１】
図１４Ｄにおいて、電気的接触領域において電極レイヤ２０１は、絶縁レイヤ２０４の縁部の後で屈曲し、その上側に延在して、その上側面との直接的な接触を保つ。この図において示された構成は、電極レイヤの導電性が縁部における高屈曲によって損なわれない場合にのみ可能である。いくつかの実施例について、例えば、銅フォイル等の固体金属レイヤが適切な材料である。
【００６２】
図１４Ｅにおいて、電極レイヤ２０１は、絶縁レイヤ２０４の底部側と常に接触しており、接触領域においてそれとともに屈曲し、能動素子の両側から電極を露出させている。これらのレイヤの屈曲縁部の最大曲率に応じて、この構成は、例えば薄膜被覆等のずっと薄い電極レイヤの使用を可能とする。
【００６３】
図１４Ｆにおいて、極度に薄い電極レイヤ（図においては不可視）が、絶縁レイヤ２０４の底部側と常に接触している。より厚い導電性レイヤ２０５が、接触領域に置かれ、絶縁レイヤ２０４の底部において電極レイヤと直接的に電気的接触し、縁部の後で屈曲しており、これによって、この領域において能動素子の両側からの電気的接触を促進している。
【００６４】
図１５Ａ／図１５Ｂ／図１５Ｃ／図１５Ｄ／図１５Ｅは、本発明の第３の例示的な実施例による能動素子を示す。図１５Ａ／図１５Ｂ／図１５Ｃ／図１５Ｄ／図１５Ｅの提示された別の例示的な実施例において、電極間の電気放電は、第２の追加的な絶縁レイヤ３０５を含むことによって更に防止される。図１５Ａ及び図１５Ｂはそれぞれ、能動素子の上面図及び底面図である。図１５Ｃ、図１５Ｄ及び図１５Ｅはそれぞれ、図１５Ｂに描かれた軸ＡＢ、ＣＤ及びＥＦに沿った能動素子の輪郭断面図である。
【００６５】
図１５Ａ／図１５Ｂ／図１５Ｃ／図１５Ｄ／図１５Ｅにおいて、電極レイヤは、参照符号３０１として描かれている。ノジュール３０３又は柱３０３は、同一材料のベース・レイヤとともに、弾性レイヤ３０２の一体的部分を形成する。第１の絶縁レイヤ３０４及びその表面は、電極３０１のエリアの縁部を超えて延在し、電気的絶縁のために、延長された接触領域において非導電性の弾性レイヤ３０２又は追加的な絶縁レイヤ３０５と直接的に接触する。弾性レイヤ３０２（又は絶縁レイヤ３０５）と絶縁レイヤ３０４との間の電極３０１の位置は、図１５Ａ及び図１５Ｂにおいては、細い点線として示される。
【００６６】
図１４Ａ／図１４Ｂ／図１４Ｃ／図１４Ｄ／図１４Ｅ／図１４Ｆにおける実例と図１５Ａ／図１５Ｂ／図１５Ｃ／図１５Ｄ／図１５Ｅにおける実例との間の主な違いは、図１４Ａ／図１４Ｂ／図１４Ｃ／図１４Ｄ／図１４Ｅ／図１４Ｆにおいて接触領域に向かって狭い直線的エリアに沿って延在される非導電性弾性レイヤ２０２の一部が、図１５Ａ／図１５Ｂ／図１５Ｃ／図１５Ｄ／図１５Ｅにおいては、第２の絶縁レイヤ３０５によって置き換えられていることである。このことは、より単純若しくはより経済的な製造のために、又はより堅牢な最終製品のために有益であり得る。これは、この接続領域における電極レイヤの移動又は屈曲の制限も補助し得る。
【００６７】
図１６Ａ／図１６Ｂ／図１６Ｃ／図１６Ｄは、本発明の例示的な実施例による能動素子積層体を示す。図１６Ａ及び図１６Ｂはそれぞれ、能動素子積層体を構成する基本的な能動素子、及び最終的な能動素子積層体の１つの可能な構成の斜視図である。図１６Ｃ及び図１６Ｄはそれぞれ、図１６Ｂに描かれた軸ＡＢ及びＣＤに沿った能動素子積層体の輪郭断面図である。図１６Ａ／図１６Ｂ／図１６Ｃ／図１６Ｄにおいて、電極レイヤは要素４０１として提示され、弾性レイヤは要素４０２として提示され、それらの対応する柱４０３を含み、絶縁レイヤは、要素４０４として提示される。
【００６８】
図１６Ａ／図１６Ｂ／図１６Ｃ／図１６Ｄにおいて、電気的な接続のための接触ポイントは、１８０度構成に配置されて（直線に沿って）いるが、センサ又はアクチュエータ（センサ／アクチュエータ）の最終的な配置に応じて、それらの間で重なりがない限りは、それらは任意の他の角度を形成するように置かれてよい。
【００６９】
能動素子積層体の各側における電極４０１の間の電気的接触は、それらを一緒に半田付けすることによって、又は、例えば鰐型クリップ等のいくつかの機械的クランプを使用することによって、又はそれらを小型の永久磁石の間にクランプすることによってなされ得る。電気的接続の堅牢さ及び安全性は、これを固体材料（例えば弾性レイヤにおけるもの等）によって封止することによって増大され得る。
【００７０】
図１７Ａ／図１７Ｂ／図１７Ｃ／図１７Ｄ／図１７Ｅ／図１７Ｆは、本発明の別の例示的な実施例による能動素子積層体を構成する基本的な能動素子を示す。図１７Ａ及び図１７Ｂはそれぞれ、この新たな能動素子の斜視図及び上面図である。図１７Ｃ、図１７Ｄ、図１７Ｅ及び図１７Ｆはそれぞれ、図１７Ｂに描かれた軸ＡＢ、ＣＤ、ＥＦ及びＧＨに沿った能動素子の輪郭断面図である。図１７Ａ／図１７Ｂ／図１７Ｃ／図１７Ｄ／図１７Ｅ／図１７Ｆにおいて、電極レイヤは参照符号５０１として描かれ、弾性レイヤ（柱を含む）は参照符号５０２として描かれ、絶縁レイヤは参照符号５０４として描かれる。弾性レイヤ５０２と絶縁レイヤ５０４との間（又は図１７Ｆの絶縁レイヤ５０４の間）の電極レイヤ５０１の位置は、図１７Ｂにおいては、細い点線として示される。
【００７１】
図１８Ａ／図１８Ｂ／図１８Ｃは、本発明の前述の例示的な実施例において説明された能動素子のための可能な積層構成を示す。これらの図において、図１７Ａ／図１７Ｂ／図１７Ｃ／図１７Ｄ／図１７Ｅ／図１７Ｆにおいて説明された基本的な能動素子は、インターレース構成において２つの基本的な能動素子だけが重なり合う構成に積み重ねられる。図１８Ａは、図１７Ａ／図１７Ｂ／図１７Ｃ／図１７Ｄ／図１７Ｅ／図１７Ｆにおいて説明された基本的な能動素子の可能な積層構成の斜視図を表し、図１８Ｂ及び図１８Ｃはそれぞれ、図１８Ａに描かれた軸ＡＢ及びＣＤに沿った積層体の輪郭断面図である。図１８Ａ／図１８Ｂ／図１８Ｃにおいて、電極レイヤは参照符号６０１として提示され、弾性レイヤは参照符号６０２として提示され（それらの対応する柱を含む）、絶縁レイヤは参照符号６０４として提示される。
【００７２】
上に述べたように、積層体当たりの基本的な能動素子（図１７Ａ／図１７Ｂ／図１７Ｃ／図１７Ｄ／図１７Ｅ／図１７Ｆにおけるもの等）の数は、本発明のこの例示的な実施例においては、２つである。しかしながら、図１８Ａ／図１８Ｂ／図１８Ｃにおいて見られるように、能動レイヤの数（これは弾性レイヤ（５０２又は６０２）の数に相当する）は、基本的な能動素子の長さ、すなわちそれが内蔵する弾性レイヤの数によって決定される。
【００７３】
図１８Ａ／図１８Ｂ／図１８Ｃにおいて説明された能動素子の積層体の、図１６Ｂ／図１６Ｃ／図１６Ｄにおいて説明されたものに対する主な優位点は、電極レイヤ当たりの電気的な接続のための単一の接触ポイントの存在、及び積層体のより高い堅牢性である。加えて、図１７Ａ／図１７Ｂ／図１７Ｃ／図１７Ｄ／図１７Ｅ／図１７Ｆにおいて説明された能動素子の長さが、より長尺のストライプ・ロールを特定の長さで単純に切断することによって調節され得る。しかしながら、このオプションは、電気的な接続のための新たな接触ポイントが切断後に使用可能となることを要し、これは、例えば、弾性レイヤ５０２の間のエリアにおいて電極レイヤ５０１の一部を露出させることによって達成され得る。
【００７４】
図１３Ａから図１６Ｄの能動素子、又は図１７Ａから図１８Ｃの能動素子のどちらのタイプも、射出成形、ロール・トゥー・ロール積層、及び切断ステージ等の既存の産業処理に従って製造され得る。
【００７５】
能動素子の積層体は、単一の作動素子として働き得、又はいくつかの積層体（図１６Ａ／図１６Ｂ／図１６Ｃ／図１６Ｄ及び図１８Ａ／図１８Ｂ／図１８Ｃの各構成からのもの、又両者の組み合わせを含むもの）は、同一の電気信号源に並列に接続され得る。上述のような複数の積層体の水平分布は、異なる局所的エリアにおいて異なる作動の生成を促進し得る。
【００７６】
信号源は、各積層体に、例えばそれらをケーブル又は積層された導体の導電性メッシュ若しくは格子、又はプリント回路基板、又は任意の他の構成に接続することによって、信号を提供し得る。
【００７７】
全ての図において互いに直接的に接触しているように示される全てのレイヤについて、能動素子の堅牢さを増大させるためにそれらを接続する接着剤の小さなレイヤを含み得ることが可能であると想定され得る。
【００７８】
圧縮のときに能動素子の表面積が変化しないので（これは、従来の電気活性ポリマー・アクチュエータに対する、柱をベースとした弾性レイヤの主な優位点である）、電極レイヤの材料は、任意の都合のよい導電性又は半導電性材料の中から自由に選択され得、電極の抵抗値は、このレイヤにおいて延伸が起こらないため、積層体の圧縮中に一定のままであることが予期される。
【００７９】
弾性レイヤの材料は、天然ゴム、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等のポリマー、又は複合材料等の任意の非導電性弾性材料でよい。
【００８０】
最終的な用途に応じて、能動素子の表面積は１ｍｍ２から１００ｍ２の範囲であってよく、又はそれよりも大きくてよい。
【００８１】
能動素子の表面形状は規定されない。能動素子は、円形状、六角形状、四角形状、三角形状であってよく、又は任意の複雑な多角形状等の任意の他の形状を有し得る。明確化のために、提示された実例においては、円形状のみが示されている。
【００８２】
レイヤとして、能動素子は部分的に屈曲可能であり、緩やかな曲率の表面全体にわたって作動、感知又はその両方を提供するようにその積層体が適応され得る。
【００８３】
機能的積層体を生むための個々の能動素子の最小量は２つである。機能的デバイスを生むための能動素子の最大数は規定されない。用途に応じて、それらは２から１０００の範囲、又はそれよりも多くてよい。
【００８４】
柱の形状は、筒状、立方体状であってよく、又は円錐台若しくは他の形状等のより複雑な構造を有してよい。
【００８５】
図１６Ａ／図１６Ｂ／図１６Ｃ／図１６Ｄ及び図１８Ａ／図１８Ｂ／図１８Ｃにおいて提示された能動素子の積層体は、圧縮可能な又は柱構造を有する積層体の底部レイヤの存在が不都合である場合には、弾性レイヤ無しに追加的な底部レイヤ（電極及び絶縁レイヤのみ）を含み得る。
【００８６】
図１６Ａ／図１６Ｂ／図１６Ｃ／図１６Ｄ及び図１８Ａ／図１８Ｂ／図１８Ｃにおいて提示された能動素子の積層体は、最終製品の安全性及び耐久性を増大させるため、及び、環境湿度によって引き起こされる潜在的な問題から最終製品を保護するために、絶縁材料のバッグ、パウチ、又は包装材内に収容され得る。
【００８７】
代替的な実施例において、前記静電アクチュエータ構造の前記２つ以上の静電作動レイヤは、前記レイヤの類似の構造要素が部分的にも一致しないように上下に積み重ねられた、すなわち、瓦状に（又はうろこ状）上下に積み重ねられた、いくつかの静電作動レイヤを有する。前記代替的な実施例において、１つの静電作動レイヤにおける力によって引き起こされ得る屈曲が、１つ又は複数の別の静電作動レイヤの弾性支持体のうちの１つ又は複数のものの近傍に揃う。このことは、全体的な構造において、前記代替的な実施例による静電作動レイヤの積層体が、前記構造の個々のレイヤに起こる屈曲に関わらず、おおむね均一に圧縮することにつながる。ここで、この文脈において屈曲とは、弾性支持ノジュールの間のエリアが、弾性支持ノジュールの場所におけるよりも、対向する電極に接近するように静電作動レイヤが湾曲される処理を指す。
【００８８】
別の代替的な実施例において、前記静電アクチュエータ構造は、より剛性のタイル構造及びより剛性の構造の間のより展性のエリアの格子を有する。前記別の代替的な実施例の構造は、展性のエリア構造の場所におけるアクチュエータ表面の屈曲を可能とする一方、剛性のタイル構造の場所における局所的な剛性を保持し、前記剛性のタイル構造は、圧縮を促進しつつ、静電作動レイヤに電位差が印加されたときにノジュール間の屈曲に抵抗する。
【００８９】
本発明の特定の構成及び構造は、同一のシステムにおいて作動及び敏感な検知を提供し得、このことは便利であるとともに、既存のデバイスでは一般的ではない。
【００９０】
本発明の特定の構成及び構造は、同一のシステムにおいて作動及び敏感な検知を提供し得る。駆動信号が知られていると、静電容量及びアクチュエータによって引き込まれる電流における変化が監視され得、前記アクチュエータの全体的圧縮を推定することが可能である。更に、システムの静電容量は、システムを顕著に圧縮する駆動信号無しでも監視され得る。この場合、システム静電容量における変化は、外力によるシステムの圧縮を示す。様々な較正処置が、測定された信号値を、システムの物理的変形の変化の推定値に変えることを可能とする。システムは、サブシステムに分割もされ得、その各々はそれ自体の監視回路を有し、システムにおける物理的変化のより局所的な監視を可能とする。静電容量変化は、電圧変化、電流引き込み変化、又はシステムにおける発振器周波数における変化等の様々な他の信号代理物を介して監視され得ることが更に留意される。
【００９１】
電極レイヤの互いに入り込んだ構成は、積層体の静電容量を小さな積層体圧縮に対して非常に敏感にする。従って、圧縮感知についての機能性は、積層体の静電容量の常時監視によって達成される。
【００９２】
弾性支持ノジュールを有する代わりに、前記静電アクチュエータ構造の更なる代替的な実施例は、例えば上部レイヤに装着された剛性の支持体、弾性レイヤ材料、発泡体充填構造、連続的支持体、連続的制限構造、ウェブ構造、隆起支持体を有し得る。前記静電アクチュエータ構造の１つの更なる代替的な実施例は、圧縮されたときにばねとして働く、空気が封止されたセルを有し得る。前記静電アクチュエータ構造の別の更なる代替的な実施例は、電極間でばねとして働く固体半発泡体（ｓｏｌｉｄ  ｓｅｍｉ−ｆｏａｍ）を有し得る。ここで、固体半発泡体とは、空気パックが完全には封止されていないが、気泡間の固体壁に穴を残して重合する固体発泡体を意味する。前記静電アクチュエータ構造の第３の更なる代替的な実施例は、圧縮されたときにばねとして働く、適切なポリマーから作られた３Ｄプリンティング又はモジュール化された３Ｄ格子を有し得る。この文脈において、磁石が利用され得、より高いばね定数値に対して、反極性で互いに向かい合うように置かれて拘束された磁石の反発作用が分離ノードとして用いられ得る。
【００９３】
上記の説明及び添付の図面は、本発明を実施及び使用するための発明者らの知る最良の手法を教示することのみを意図されることを理解されたい。本発明の概念は様々な手法において実現され得ることは、当業者には明らかであろう。故に、上記の教示に鑑みて当業者に理解されるように、本発明の上述の実施例は、本発明から逸脱することなく修正され得、又は変更され得る。従って、本発明及びその実施例は、上述の実例に限定されるものではなく、特許請求の範囲及びそれらの同等物の範囲において変更され得るものであることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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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１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１４Ｆ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１７Ａ】
2020527935.tif 000038
【図１７Ｂ】
2020527935.tif 000039
【図１７Ｃ】
2020527935.tif 000040
【図１７Ｄ】
2020527935.tif 000041
【図１７Ｅ】
2020527935.tif 000042
【図１７Ｆ】
2020527935.tif 000043
【図１８Ａ】
2020527935.tif 000044
【図１８Ｂ】
2020527935.tif 000045
【図１８Ｃ】
2020527935.tif 000046
【手続補正書】
【提出日】令和1年8月19日(2019.8.19)
【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】
少なくとも２つの積み重ね可能な能動素子を有する能動素子構造であって、前記少なくとも２つの積み重ね可能な能動素子の前記能動素子の各々が、
導電性／半導電性電極レイヤ（１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１）を有する、基板フィルムと、
格子状配列に配置された多数の弾性支持ノジュール（１０３，２０３，３０３，４０３）を有する弾性レイヤ（１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２）であって、それにより前記多数の弾性支持ノジュール（１０３，２０３，３０３，４０３）の間の空間ギャップ内において隣接する能動要素間に圧縮空間が配置され、前記前記多数の弾性支持ノジュール（１０３，２０３，３０３，４０３）は、同一材料のベース・レイヤとともに、前記弾性レイヤ（１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２）の一体的部分を形成する、弾性レイヤ（１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２）と、
少なくとも１つの絶縁レイヤ（２０４，３０４，４０４，５０４，６０４）であって、前記導電性／半導電性電極レイヤ（１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１）を覆い、前記導電性／半導電性電極レイヤ（１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１）のエリアの縁部を越えて延び、且つ電気的絶縁のためにこの領域において前記弾性レイヤ（１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２）と直接的に接触する少なくとも１つの絶縁レイヤ（２０４，３０４，４０４，５０４，６０４）と
を有し、
前記導電性／半導電性電極レイヤ（１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１）は、前記弾性レイヤ（１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２）と前記絶縁レイヤ（２０４，３０４，４０４，５０４，６０４）の間に位置付けられ、また
前記能動素子構造は、前記少なくとも２つの積み重ねられた能動素子の間に電圧差が印加されたときに、前記少なくとも２つの積み重ねられた能動素子の隣接する能動素子の間の静電引力によって縮むように構成されている、能動素子構造。
【請求項２】
前記少なくとも２つの積み重ねられた能動素子の前記能動素子の各々が、高い電気的絶縁性の材料で作られた追加的な絶縁レイヤを有し、前記追加的な絶縁レイヤは、電気的絶縁を向上するために、露出した電極エリアを完全に覆う、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項３】
前記弾性レイヤ（１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２）はベース弾性レイヤ（１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２）を有し、前記多数の弾性支持ノジュール（１０３，２０３，３０３，４０３）は前記ベース弾性レイヤ（１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２）上に配置される、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項４】
前記能動素子構造は、可撓性の基板の一部として埋め込まれている、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項５】
前記少なくとも２つの積み重ねられた能動素子の間の前記距離は、１０００マイクロメートル（１０００μｍ）未満であり、好ましくは２００マイクロメートル（２００μｍ）未満である、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項６】
前記多数の弾性支持ノジュール（１０３，２０３，３０３，４０３）の隣接する支持ノジュール（１０３，２０３，３０３，４０３）は、互いから１０ｍｍ未満の距離だけ離間されて配置され、好ましくは互いから２ｍｍ未満の距離だけ離間されて配置される、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項７】
前記少なくとも２つの積み重ねられた能動素子の前記圧縮空間は、流体によって、例えば空気、窒素、又は例えば誘電性作動流体である誘電性液体によって、少なくとも部分的に満たされている、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項８】
前記多数の弾性支持ノジュール（１０３，２０３，３０３，４０３）は、シリコン・ベースの有機ポリマー、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で作られる、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項９】
前記多数の弾性支持ノジュール（１０３，２０３，３０３，４０３）は、先端部よりも厚い基端部を有する円錐状の形態を有する、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１０】
前記多数の弾性支持ノジュール（１０３，２０３，３０３，４０３）は、最大幅に対する高さのアスペクト比の最大値が２である、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１１】
前記能動素子の前記表面は、本質的に疎水性であり、或いは疎水的又は超疎水的に被覆され、或いは疎水的又は超疎水的に処理されている、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１２】
前記能動素子のうちの２以上は、互いに上下に積み重ねられる、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１３】
前記能動素子のうちの２以上は、瓦状に互いに上下に積み重ねられる、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１４】
前記能動素子構造は、より剛性のタイル構造及びより展性のエリア構造の格子を有する、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１５】
前記能動素子構造は気密に封止される、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１６】
前記能動素子構造は、気体リザーバ、例えば空気リザーバを有する、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１７】
能動素子構造の少なくとも２つの積層体と、少なくとも１つの気体リザーバと、能動素子構造の前記少なくとも２つの積層体の上及び前記少なくとも１つの気体リザーバの上に配置された弾性表面レイヤとを有する、請求項１５に記載の能動素子構造。
【請求項１８】
前記能動素子構造は、前記弾性レイヤ（１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２）の上に追加的な堅固な構造を有する、請求項１７に記載の能動素子構造。
【請求項１９】
前記能動素子は可撓性である、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項２０】
アクチュエータ電極が、１００ｋオーム／スクエアから１００Ｍオーム／スクエアの間の表面抵抗の半導電性材料で作られる、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項２１】
前記アクチュエータにおける物理的変化の検知及び／又は制御を可能とするように、その電気信号特性が監視される、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項２２】
請求項１から２１のいずれか一項に記載の能動素子構造を有するアクチュエータ。
【請求項２３】
請求項１から２１のいずれか一項に記載の能動素子構造を有するセンサ。
【請求項２４】
請求項１から２１のいずれか一項に記載の能動素子構造を有するアクチュエータ／センサ。
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月16日(2020.3.16)
【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】
少なくとも２つの積み重ね可能な能動素子を有する能動素子構造であって、前記少なくとも２つの積み重ね可能な能動素子の前記能動素子の各々が、
導電性／半導電性電極レイヤ（１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１）を有する、基板フィルムと、
格子状配列に配置された多数の弾性支持ノジュール（１０３，２０３，３０３，４０３）を有する弾性レイヤ（１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２）であって、それにより前記能動要素とその隣接する要素との間に圧縮空間が配置され、前記圧縮空間は、前記多数の弾性支持ノジュール（１０３，２０３，３０３，４０３）の間の空間ギャップを有し、前記前記多数の弾性支持ノジュール（１０３，２０３，３０３，４０３）は、同一材料のベース・レイヤとともに、前記弾性レイヤ（１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２）の一体的部分を形成する、弾性レイヤ（１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２）と、
少なくとも１つの絶縁レイヤ（２０４，３０４，４０４，５０４，６０４）であって、前記導電性／半導電性電極レイヤ（１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１）を覆い、前記導電性／半導電性電極レイヤ（１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１）のエリアの縁部を越えて延び、且つ電気的絶縁のためにこの領域において前記弾性レイヤ（１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２）と直接的に接触する少なくとも１つの絶縁レイヤ（２０４，３０４，４０４，５０４，６０４）と
を有し、
前記導電性／半導電性電極レイヤ（１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１）は、前記弾性レイヤ（１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２）と、前記少なくとも１つの絶縁レイヤ（２０４，３０４，４０４，５０４，６０４）のうちの１つとの間に位置付けられ、また
前記能動素子構造は、前記少なくとも２つの積み重ねられた能動素子の間に電圧差が印加されたときに、前記少なくとも２つの積み重ねられた能動素子の隣接する能動素子の間の静電引力によって縮むように構成されている、能動素子構造。
【請求項２】
前記少なくとも２つの積み重ねられた能動素子の前記能動素子の各々が、前記少なくとも１つの絶縁レイヤ（２０４，３０４，４０４，５０４，６０４）の追加的な絶縁レイヤを有し、前記追加的な絶縁レイヤは高い電気的絶縁性の材料で作られ、また前記追加的な絶縁レイヤは、電気的絶縁を向上するために、露出した電極エリアを覆う、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項３】
前記弾性レイヤ（１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２）はベース弾性レイヤ（１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２）を有し、前記多数の弾性支持ノジュール（１０３，２０３，３０３，４０３）は前記ベース弾性レイヤ（１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２）上に配置される、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項４】
前記能動素子構造は、可撓性の基板の一部として埋め込まれている、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項５】
前記少なくとも２つの積み重ねられた能動素子の間の前記距離は、１０００マイクロメートル（１０００μｍ）未満であり、好ましくは２００マイクロメートル（２００μｍ）未満である、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項６】
前記多数の弾性支持ノジュール（１０３，２０３，３０３，４０３）の隣接する支持ノジュール（１０３，２０３，３０３，４０３）は、互いから１０ｍｍ未満の距離だけ離間されて配置され、好ましくは互いから２ｍｍ未満の距離だけ離間されて配置される、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項７】
前記少なくとも２つの積み重ねられた能動素子の前記圧縮空間は、流体によって、例えば空気、窒素、又は例えば誘電性作動流体である誘電性液体によって、少なくとも部分的に満たされている、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項８】
前記多数の弾性支持ノジュール（１０３，２０３，３０３，４０３）は、シリコン・ベースの有機ポリマー、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で作られる、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項９】
前記多数の弾性支持ノジュール（１０３，２０３，３０３，４０３）は、先端部よりも厚い基端部を有する円錐状の形態を有する、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１０】
前記多数の弾性支持ノジュール（１０３，２０３，３０３，４０３）は、最大幅に対する高さのアスペクト比の最大値が２である、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１１】
前記能動素子の前記表面は、本質的に疎水性であり、或いは疎水的又は超疎水的に被覆され、或いは疎水的又は超疎水的に処理されている、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１２】
前記能動素子のうちの２以上は、互いに上下に積み重ねられる、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１３】
前記能動素子のうちの２以上は、瓦状に互いに上下に積み重ねられる、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１４】
前記能動素子構造は、より剛性のタイル構造及びより展性のエリア構造の格子を有する、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１５】
前記能動素子構造は気密に封止される、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１６】
前記能動素子構造は、気体リザーバ、例えば空気リザーバを有する、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項１７】
能動素子構造の少なくとも２つの積層体と、少なくとも１つの気体リザーバと、能動素子構造の前記少なくとも２つの積層体の上及び前記少なくとも１つの気体リザーバの上に配置された弾性表面レイヤとを有する、請求項１５に記載の能動素子構造。
【請求項１８】
前記能動素子構造は、前記弾性レイヤ（１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２）の上に追加的な堅固な構造を有する、請求項１７に記載の能動素子構造。
【請求項１９】
前記能動素子は可撓性である、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項２０】
前記導電性／半導電性電極レイヤ（１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１）は、１００ｋオーム／スクエアから１００Ｍオーム／スクエアの間の表面抵抗の半導電性材料で作られる、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項２１】
前記アクチュエータにおける物理的変化の検知及び／又は制御を可能とするように、その電気信号特性が監視される、請求項１に記載の能動素子構造。
【請求項２２】
請求項１から２１のいずれか一項に記載の能動素子構造を有するアクチュエータ。
【請求項２３】
請求項１から２１のいずれか一項に記載の能動素子構造を有するセンサ。
【請求項２４】
請求項１から２１のいずれか一項に記載の能動素子構造を有するアクチュエータ／センサ。
【国際調査報告】
2020527935.tif 000047
2020527935.tif 000048
2020527935.tif 000049