用于生产可变形聚合物器件和膜的自动化制造工艺的制作方法

用于生产可变形聚合物器件和膜的自动化制造工艺的制作方法
【专利摘要】公开了一种用于产生用于在可变形聚合物器件中使用的图案化可变形聚合物膜的工艺。该工艺包括：将中间层定位在可变形膜和工艺工装之间；以及通过沉积油墨来在所述可变形膜上印刷至少一个电极，以在所述可变形膜的第一表面上形成所述至少一个电极，其中所述中间层允许在印刷工艺之后从工艺工装释放所述可变形膜。通过本发明工艺生产的膜可以在电活性聚合物器件中找到使用。
【专利说明】用于生产可变形聚合物器件和膜的自动化制造工艺
[0001]相关申请
本申请要求保护以下申请在35 USC § 119(e)下的权益:2011年4月21日提交的名称为“AUTOMATED EPAM MANUFACTURING PROCESSES”的美国临时申请N0.61/477，675 ;2011 年4月21日提交的名称为“LINER-LESS PRINTING”的美国临时申请N0.61/477, 709 ;2011年5月5日提交的名称为“LINER-LESS PRINTING II”的美国临时申请N0.61/482, 751 ；2011年3月I日提交的名称为“FIBRILLATED STRUCTURE FOR ELECTRODE”的美国临时申请N0.61/477，832 ;2011 年 10 月 13 日提交的名称为“MODIFIED SOFT TOOLING AND EFFECT OFTROUGHS IN PRINT THICKNESS”的美国临时申请 N0.61/546，683 ;和 2011 年 10 月 21 日提交的名称为 “USE CONTINUOUS WEB FRAME BELT FOR R0LL-T0-R0LL CARTRIDGE PRINTING/PROCESS”的美国临时申请N0.61/549，799，这些申请中的每一个的全部内容通过引用而并入。
【技术领域】
[0002]本发明总体上涉及制造，并且更具体地涉及用于生产电活性聚合物膜和器件的高容量制造工艺。
【背景技术】
[0003]当今所使用的各种各样的器件依赖于一种类型或另一种类型的致动器将电能转换成机械能。相反，许多发电应用通过将机械动作转换成电能来进行操作。被用来以这种方式收获机械能，相同类型的器件可以被称为发电机。同样地，当出于测量目的采用该结构将物理刺激(诸如振动或压力)转换成电信号时，该结构可以被表征为传感器。然而，术语“换能器”可以被用来一般地指代器件中的任一种。
`[0004]多种设计考虑促进对用于制作换能器的高级介电弹性体材料(也被称为“电活性聚合物”)的选择和使用。这些考虑包括势场力、功率密度、功率转换/消耗、大小、重量、成本、响应时间、占空比、服务需求、环境影响等等。由此，在许多应用中，电活性聚合物技术为压电形状记忆合金和诸如电动机和螺线管之类的电磁器件供应理想替代物。
[0005]电活性聚合物换能器包括具有可变形特性且被薄弹性介电材料分离的两个电极。当电压差被施加于电极时，相反电荷的电极彼此吸引，从而压缩它们之间的聚合物介电层。随着电极被拉动得更靠近在一起，介电聚合物膜变得更薄(Z轴分量收缩)，因为它在平面方向上(沿着X轴和Y轴)扩充，即，膜的位移是平面内的。电活性聚合物膜还可以被配置成在与膜结构正交的方向上(沿着Z轴)产生移动，即，膜的位移是平面外的。美国专利N0.7，567，681公开了提供这种平面外位移的电活性聚合物膜构造，也被称为表面变形或厚度模式偏转。
[0006]电活性聚合物膜的材料和物理属性可以被改变和控制以定制换能器所经历的变形。更具体地，诸如聚合物膜和电极材料之间的相对弹性、聚合物膜和电极材料之间的相对厚度和/或聚合物膜和/或电极材料的变化厚度、聚合物膜和/或电极材料的物理图案(用于提供局部化活性和非活性区域)、作为整体而置于电活性聚合物膜上的张力或预应变、以及被施加于膜的电压或在膜上感应的电容的量之类的因素可以被控制和改变以定制膜处于活性模式时的特征。
[0007]存在受益于由这种电活性聚合物膜提供的优点的许多应用，不论是单独使用该膜还是在电活性聚合物致动器中使用它。许多应用之一包括将电活性聚合物换能器用作致动器以在用户界面器件中产生触觉反馈(通过被施加于用户身体的力将信息传达给用户)。存在许多已知的用户界面器件，其典型地响应于由用户发起的力而采用触觉反馈。可采用触觉反馈的用户界面器件的示例包括键盘、键区、游戏控制器、远程控制、触摸屏、计算机鼠标、轨迹球、触笔棒、操纵杆等等。用户界面表面可以包括用户关于来自器件的反馈或信息而操纵、利用和/或观察的任何表面。这样的界面表面的示例包括但不限于按键(例如，键盘上的按键)、游戏板或按钮、显示屏等等。
[0008]由这些类型的界面器件提供的触觉反馈具有用户直接(例如经由对屏幕的触摸)、间接(例如经由诸如当手机在手提袋或包中振动时的振动效果)或以其他方式感测到(例如经由产生被用户感测到的压力扰动的移动身体的动作)的物理感觉的形式，诸如振动、脉冲、弹力等等。诸如智能电话、个人媒体播放器、便携式计算设备、便携式游戏系统、电子阅读器等等的消费者电子媒体器件的剧增可以产生小部分客户将受益于或期望电子媒体器件中改进的触觉效果的情形。然而，增加电子媒体器件的每个模型中的触觉能力可能因器件的增加的成本或增加的外形而不合理。此外，某些电子媒体器件的客户可能期望临时改进电子媒体器件针对某些活动的触觉能力。
[0009]在消费者电子媒体器件以及许多其他商用和消费者应用中对电活性聚合物材料的使用突出了在保持膜的一致性和精确性的同时提高生产量的需要。

【发明内容】

[0010]可与这些设计一起使用的电活性聚合物器件包括但不限于平面、隔膜、厚度模式、卷轴和无源耦合器件(混合)以及这里提及的共同转让的专利和申请中描述的任何类型的电活性聚合物器件。
[0011]在一些变形中，电活性聚合物致动器包括至少一个电活性聚合物盒，其中该电活性聚合物盒包括电活性聚合物膜，该电活性聚合物膜包括介电弹性体层，其中该介电弹性体层的一部分处于第一电极和第二电极之间，其中电极的重叠部分限定包括活性部分的活性区域，在其上将触发信号施加于电极使得活性区域移动以产生触觉效果。
[0012]电活性聚合物致动器可以包括多个耦合在一起的分立电活性聚合物盒，其中该电活性聚合物致动器包括增大的活性部分，其包括每个电活性聚合物盒的每个活性区域。
[0013]如上所指出的那样，仍然存在在保持通过批量生产或较低容量制造工艺而获得的性能特性的同时大量生产这种电活性聚合物器件的需要。
[0014]本公开包括用于可变形聚合物膜器件的高容量制作的工艺。在一种变形中，该工艺包括从弹性材料的供给物连续前推弹性材料的膜，可选地使所述膜机械应变以产生保持与弹性材料的供给物连续的第一预应变膜区段(section)，支撑该膜区段以使得该第一膜区段包括被支撑部分和未被支撑部分，沉积油墨以在该第一膜区段的未被支撑部分的第一侧上产生至少第一电极，以及沉积油墨以在与所述第一电极相对的该第一膜区段的未被支撑部分的第二侧上产生至少第二电极，并形成至少一个相对电极对以完成电活性聚合物膜的至少第一区段，以及收集电活性聚合物膜的第一区段。
[0015]可选地，该工艺还可以包括使该膜机械应变以产生保持与该膜连续的第二预应变膜区段，支撑所述第二预应变膜区段以使得该第二预应变膜区段包括被支撑部分和未被支撑部分，沉积油墨以在该第二预应变膜区段的未被支撑部分的第一侧上产生至少第一电极，在与所述第一电极相对的该第二预应变膜区段的未被支撑部分的第二侧上印刷至少第二电极，以形成至少一个相对电极对从而完成电活性聚合物膜的至少第二区段，以及收集电活性聚合物膜的第二区段。
[0016]在本发明工艺的一些变形中，可以通过增加膜区段的一部分的刚度来支撑该膜区段。
[0017]该工艺还可以包括堆叠或层压至少第一和第二区段来产生多层膜。
[0018]在本发明制造工艺的一些变形中，可以在堆叠或层压工艺步骤之前或期间将结构或粘合材料的层施加于电活性聚合物膜。
[0019]这里描述的工艺可以包括通过将弹性材料的供应卷轴展开来从弹性材料的供给物前推弹性材料的膜。可以以恒定速率或以逐步方式前推该膜，其中该膜的每个区段在一系列工艺站中的每一个处停止达给定的停留时间。
[0020]在制造工艺的一些变形中，支撑第一预应变膜区段包括将支撑层施加于第一预应变膜区段和/或将UV或热处理施加于第一预应变膜区段。
[0021]作为本发明制造工艺的一部分，可选地可以利用被施加于边缘的带或其他材料来加固该膜，以防止撕裂或撕裂传播。所述带或所施加的材料可以以使得该膜能够拉伸的这种方式可拉伸或被图案化。
[0022]将预应变施加于该膜可以包括在该膜的相应近和远边缘上使用第一和第二带状物构件，其中该第一和第二带状物构件中的每一个都包括夹住该膜的顶表面和底表面，并且其中该带状物构件包括具有比该膜的杨氏模量更大的杨氏模量的材料。可选地，该带状物构件可以包括穿孔的带状物构件，并且其中使用穿孔卷轴来使该膜机械应变。
[0023]一种产生穿孔带状物的方法是将聚合物膜层压或浇铸到防粘衬里上，该防粘衬里具有与沿着针式馈送(pin-fed)打印纸的边缘的穿孔线类似的平行于卷筒(web)方向的精细穿孔线。在本发明换能器制造工艺期间，防粘衬里的中心区可以与该膜的未被支撑区分离且通过沿着穿孔线撕裂而与沿着该膜的边缘的防粘衬里的条带分离。防粘衬里的剩余条带用作穿孔带状物并可以具有限定孔的附加穿孔，所述孔是通过穿孔卷轴上的针或链轮来打孔出来的。可替换地，作为换能器制造工艺的一部分，可以打孔、钻孔或切割这些孔。
[0024]该膜的应变可以是双向或单向的，以产生各向同性预应变膜区段或各向异性预应变膜区段。
[0025]这里描述的工装(tooling)和工艺的使用还允许使用丝网印刷工艺，其中当油墨被施加于预应变膜时，倚靠工艺工装来前推第一预应变膜区段。
[0026]在某些变形中，本发明工艺可以包括“软工装”的使用。例如，印刷工艺还可以包括将可移除衬里定位在第一预应变膜区段和工艺工装之间以帮助从工艺工装释放第一预应变膜区段。可替换地或者相结合地，印刷工艺可以包括将工程表面和/或顺应(compliant)层定位在第一预应变膜区段和工艺工装之间以帮助从工艺工装中释放第一预应变膜区段。在另一变形中，该工艺可以包括将可变形层定位在第一预应变膜区段和工艺工装之间，其中该可变形层允许在不使用粘附到第一预应变膜区段的衬里的情况下释放该第一预应变膜区段。该可变形层可以包括泡沫层。
[0027]软工装允许改变该膜的同一表面上的压力。例如，这里描述的工艺还可以包括可变形层，该可变形层在该可变形层的表面中包括至少一个腔，使得倚靠第一预应变膜区段施加该可变形层允许该腔处的第一压力和该表面处的第二压力，以允许将变化的油墨深度印刷在第一预应变膜区段上。
[0028]本发明制造工艺还可以包括将至少框架和/或输出条施加于电活性聚合物膜的第一区段以组装电活性聚合物致动器器件。可替换地，收集电活性聚合物膜的第一区段的工艺包括缠绕多个电活性聚合物膜以形成电活性聚合物膜的卷轴。
[0029]下面描述的工艺的另一变形包括产生用于在电活性聚合物器件中使用的电活性聚合物膜。在一种变形中，该工艺包括使弹性膜的区段预应变以产生预应变弹性膜，支撑该预应变弹性膜；将中间层定位在预应变弹性膜和工艺工装之间，以及通过沉积油墨将至少一个电极丝网印刷在预应变弹性膜上以在预应变弹性膜的第一表面上形成电极，其中所述中间层允许在丝网印刷工艺之后从工艺工装释放第二表面。
[0030]该中间层可以包括可移除衬里。可替换地或相结合地，该中间层可以包括工程表面和/或顺应层，其中所述工程表面包括从由羊皮纸、筛网(screen mesh )、网纹表面、不粘表面和聚合物薄片构成的组中选择的表面。
[0031]在另一变形中，该中间层包括可变形层。例如，该可变形层可以包括乙烯醋酸乙烯酯泡沫材料。该可变形层可以包括类似软的材料(诸如硅树脂和聚氨脂凝胶)或具有适于该膜的表面释放属性的泡沫。可变形层的使用还允许该可变形层中的多个腔。该腔允许在丝网印刷期间改变压力的区，该工艺还包括以变化的级别将油墨沉积在预应变弹性膜的第一表面上。
[0032]这里公开的本发明的另一变形包括通过包括以下步骤的工艺制备的用于在电活性聚合物器件中使用的电活性聚合物膜:使弹性膜的区段预应变，使用该弹性膜和工艺工装之间的可变形层将至少一个电极丝网印刷在弹性膜的区段的表面上，其中该可变形层包括允许在沉积油墨期间改变压力的一个或多个腔，以便将具有变化深度的油墨区段沉积在该弹性膜上；以及将一个或多个框架、输出条或弯曲部粘附到膜表面。
[0033]除了丝网印刷之外，诸如柔性版印刷、移印(pad printing)、凹版印刷(gravureprinting)、喷墨印刷和气溶胶喷射印刷之类的其他印刷工艺可以证明是在本制造工艺中有用的。
[0034]在阅读了如下面更全面地描述的本发明的细节后，本发明的这些和其他特征、目的和优点将变得对本领域技术人员来说显而易见。此外，这里描述的工艺和器件的变形包括可能在本公开的范围内的实施例的组合或实施例的方面的组合，即使那些组合没有被显式地示出或讨论。
【专利附图】

【附图说明】
[0035]当结合附图来阅读时从下面的详细描述最佳地理解本发明。为了促进理解，(在可行时)已经使用相同的附图标记来指定对附图来说公共的类似元件。以下内容被包括在附图中:
图1A和图1B图示根据本发明的一个实施例的在施加电压之前和之后换能器的顶部透视图；
图2A图示示例性电活性聚合物盒；
图2B图示电活性聚合物致动器、惯性质量块和致动器外壳的分解图；
图3A图示用于将弹性膜制备成电活性聚合物膜的示意性卷对卷工艺；
图3B图示被组合以产生电活性聚合物器件的电活性聚合物膜的两个卷轴；
图4A至4D图示使用硬带状物构件来帮助控制弹性膜上的期望应变的示例；
图5A图示在制造电活性聚合物致动器时有用的印刷工艺的一个变形；
图5B图示消除对与图5A中示出的衬里类似的衬里的需求的印刷配置的一个变形；
图5C演示在不使用如图5A和5B中所示的任何层的情况下膜直接接触泡沫层的工装配置的另一变形；
图6示出允许在相同印刷工艺中沉积变化的油墨级别的蚀刻泡沫层；
图7A描绘已被丝网印刷的电活性聚合物膜的方形图案化微结构；
图7B示出通过柔性版印刷而印刷的电活性膜的有原纤维微结构；
图8图示使用连续卷筒框架来保持预应变硅树脂膜的本发明工艺；
图9演示在卷筒上顺序地对准若干个印刷站；以及 图10图示根据本发明的工艺的产线的一个布局。
[0036]可想到来自图中示出的变形的本发明变形。
【具体实施方式】
[0037]在例如美国专利N0.7，394，282,7, 378，783,7, 368，862,7, 362，032,7, 320，457、7，259，503、7，233，097、7，224，106、7，211，937、7，199，501,7, 166，953、7，064，472、7，062，055、7，052，594、7，049，732、7，034，432,6, 940，221、6，911，764、6，891，317、6，882，086,6, 876，135,6, 812，624,6, 809, 462,6, 806, 621,6, 781，284,6, 768，246、6，707，236,6, 664，718,6, 628，040,6, 586，859,6, 583，533,6, 545，384,6, 543，110、6，376，971,6, 343，129,7, 952，261、7，911，761,7, 492，076,7, 761，981,7, 521，847、7，608，989,7, 626，319,7, 915，789,7, 750，532,7, 436，099,7, 199，501,7, 521，840、7，595，580 和 7，567，681 以及美国专利申请公开 N0.2009/0154053,2008/0116764,2007/0230222,2007/0200457,2010/0109486 和 2011/128239 以及 PCT 公开 N0.W02010/054014中描述了电活性聚合物器件及其应用的示例，上述各项的全部内容通过引用并入本文。
[0038]本发明提供了一种用于生产用于在可变形聚合物器件中使用的图案化可变形聚合物膜的工艺，该工艺包括在可变形膜和工艺工装之间定位中间层以及通过沉积油墨将至少一个电极印刷在该可变形膜上以在该可变形膜的第一表面上形成该至少一个电极，其中该中间层允许在印刷工艺之后从工艺工装释放该可变形膜。
[0039]在本发明中有用的膜包括但不限于由聚合物制成的那些膜，该聚合物诸如是硅树月旨、聚氨酯、丙烯酸酯、烃橡胶、烯烃共聚物、聚偏二氟乙烯共聚物、氟橡胶苯乙烯共聚物以及粘合弹性体。[0040]要注意，这里讨论的图示意性地图示了采用电活性聚合物膜或具有这种电活性聚合物膜的换能器的器件的示例性配置。许多变形在本公开的范围内，例如在器件的变形中，电活性聚合物换能器可以被实施为移动质量块以产生惯性触觉感觉。可替换地，当电活性聚合物换能器耦合到这里描述的组件时，其可以在电子媒体器件中产生移动。利用这里公开的工艺制造的电活性换能器可以在许多其他应用中用作致动器、发电机或传感器，所述其他应用包括但不限于流体处理系统、运动控制、自适应光学器件、振动控制系统和能量收获系统。
[0041]在任何应用中，由电活性聚合物换能器产生的位移可以是完全平面内的(其被感测为横向移动)或者可以是平面外的(其被感测为垂直位移)。可替换地，电活性聚合物换能器材料可以被分段以提供可独立寻址/移动的区段，以便提供外壳或电子媒体器件的角位移或其他类型的位移的组合。此外，可以在这里描述的用户界面器件中合并任何数目的电活性聚合物换能器或膜(如这里列出的申请和专利中所公开)。
[0042]电活性聚合物换能器可以被配置成位移到所施加的电压，这促进了与目标触觉反馈器件一起使用的控制系统的编程。出于多种原因，对这样的应用来说，电活性聚合物换能器是理想的。例如，因为它们较轻的重量和极少的部件，电活性聚合物换能器供应了非常低的外形，并由此对于在感觉/触觉反馈应用中的使用来说是理想的。
[0043]图1A和IB图示电活性聚合物膜或隔膜10结构的示例。薄弹性介电膜或层12被夹在顺应或可拉伸电极板或层14和16之间，由此形成电容性结构或膜。介电层的长度“I”和宽度“w”以及复合结构的长度和宽度比其厚度“t”大得多。优选地，介电层所具有的厚度在从约10 μ m到约100 μ m的范围内，其中结构的总厚度在从约15 μ m到约IOcm的范围内。附加地，期望选择电极14、16的弹性模量、厚度和/或几何结构，以使得它们贡献给致动器的附加硬度通常小于介电层12的硬度，所述介电层12具有相对较低的弹性模量(SP小于约IOOMPa且更优选地小于约IOMPa)但有可能比电极中的每一个更厚。适于与这些顺应电容性结构一起使用的电极是能够经受大于约1%的循环应变而未因机械疲劳而发生故障的那些电极。
[0044]如图1B中看到的那样，当跨越电极施加电压时，两个电极14、16中的异性电荷彼此吸引，并且这些静电吸引力压缩介电膜12 (沿着Z轴)。由此使得该介电膜12随电场的改变而偏转。由于电极14、16是顺应的，因此它们随介电层12改变形状。在本发明的上下文中，“偏转”指代介电膜12的一部分的任何位移、扩充、收缩、扭转、线性或区域应变或者任何其他变形。根据在其中采用电容性结构10的架构(例如框架)(统称为“换能器”)，可以使用该偏转来产生机械功。在上面标识的专利参考文献中公开和描述了各种不同换能器架构。
[0045]在施加电压的情况下，换能器膜10继续偏转，直到机械力平衡了驱动该偏转的静电力为止。该机械力包括介电层12的弹性恢复力、电极14、16的顺应性或拉伸和由耦合到换能器10的器件和/或负载提供的任何外部阻力。换能器10由于所施加的电压而得到的偏转还可以取决于诸如弹性材料的介电常数以及其大小和硬度之类的多种其他因素。移除电压差和所感应的电荷引起逆效果。
[0046]在某些情况下，电极14和16可以覆盖介电膜12相对于该膜总面积的有限部分。这可以被完成以防止电介质边缘周围的电击穿或者在其某些部分中实现定制的偏转。可以使得活性区域(其是介电材料的一部分，具有足以实现该部分的偏转的静电力)外的介电材料充当在偏转期间该活性区域上的外部弹力。更具体地，活性区域外的材料可以通过其收缩或扩充来抵抗或增强活性区域偏转。
[0047]介电膜12可以被预应变。该预应变改进了电能和机械能之间的转换，即，该预应变允许介电膜12偏转更多且提供更大的机械功。膜的预应变可以被描述为预应变后一个方向上的尺寸相对于预应变前该方向上的尺寸的改变。预应变可以包括介电膜的弹性变形并可以例如通过以张力拉伸该膜且在被拉伸时固定边缘中的一个或多个而形成。可以在该膜的边界处或者仅针对该膜的一部分施加预应变，并且可以通过使用刚性框架或通过使该膜的一部分变硬来实施预应变。
[0048]在这里公开的许多参考专利和出版物中更全面地描述了图1A和IB的换能器结构以及其他类似顺应结构和其构造的细节。
[0049]图2A图示将电活性聚合物换能器膜26放置在刚性框架8之间的示例性电活性聚合物盒12，其中该电活性聚合物膜26被暴露在该框架8的开口中。膜26的被暴露部分包括处于盒12的任一侧上的薄弹性电极32的两个工作对，其中电极32夹住膜26的被暴露部分或者包围膜26的被暴露部分。该电活性聚合物膜26可以具有任何数目的配置。然而，在一个示例中，电活性聚合物膜26包括(例如由丙烯酸酯、硅树脂、尿烷、热塑性弹性体、烃橡胶、氟橡胶、共聚物弹性体等等制成的)弹性介电聚合物的薄层。当跨越每个工作对的相反电荷的电极32 (即，跨越膜26的任一侧上的成对电极)施加电压差时，相反电极彼此吸弓丨，由此压缩它们之间的介电聚合物层26。相反电极之间的区域被看作活性区域。随着电极被拉动得更靠近在一起，介电聚合物26变得更薄(即Z轴分量收缩)，因为它在平面方向上扩充(即X轴和Y轴分量扩充)(对于轴参考，参见图1B)。此外，在电极包含导电颗粒的变形中，分布在每个电极上的同性电荷可能使嵌入到该电极内的导电颗粒彼此排斥，由此对弹性电极和介电膜的扩充做出贡献。在可替换变形中，电极不包含导电颗粒(例如网纹溅射金属膜)。由此使得介电层26随电场的改变而偏转。因为电极材料也是顺应性的，所以电极层随介电层26改变形状。如本文前面所阐述的那样，偏转指代介电层26的一部分的任何位移、扩充、收缩、扭转、线性或区域应变或者任何其他变形。该偏转可以用来产生机械功。如所示的那样，介电层16还可以包括一个或多个机械输出条34。该条34可以可选地提供针对惯性质量块(如下面所述)或针对与电子媒体器件中的衬底的直接耦合的附着点。
[0050]在制作换能器时，弹性膜26可以被拉伸并通常由刚性框架8保持在预应变状况中。在采用四边框架的这些变形中，该膜可以被双轴拉伸。已经观察到，预应变改进了聚合物层26的介电强度，由此实现更高电场的使用且改进电能和机械能之间的转换，即，预应变允许膜偏转更多且提供更大机械功。优选地，在使聚合物层预应变之后施加电极材料，但是可以预先施加电极材料。在层26的同一侧上提供的两个电极(这里被称为同侧电极对，即，介电层26顶侧上的电极和介电层26底侧上的电极)可以彼此电隔离。聚合物层的相对侧上的相对电极形成工作电极对的两个集合，即，由电活性聚合物膜26间隔开的电极形成一个工作电极对，并且包围相邻暴露电活性聚合物膜26的电极形成另一工作电极对。每个同侧电极对可以具有相同极性，而每个工作电极对的电极的极性彼此相反。每个电极具有针对与电压源的电连接而配置的电接触部分。
[0051]在该变形中，电极32经由弯曲连接器30连接到电压源，该弯曲连接器30具有可连接到该电压源的相反极的引线22、24。该盒12还包括导电通孔18、20。该导电通孔18、20可以提供用于根据电极的极性将电极8与相应引线22或24电耦合的装置。
[0052]图2A中所示的盒12示出了一种3条致动器配置。然而，这里描述的器件和工艺不限于任何特定配置，除非具体要求保护。优选地，条34的数目取决于针对预期应用而期望的活性区域。活性区域的总量(例如，电极之间的区域的总量)可以根据致动器尝试移动的质量块和期望的移动频率而改变。在一个示例中，通过首先评估要被移动的对象的大小来确定条的数目的选择，并且然后确定该对象的质量。然后通过配置将以期望频率范围移动该对象的设计来获得致动器设计。清楚地，致动器设计的任何数目在本公开的范围内。
[0053]然后可以以多种不同方式形成用于在这里描述的工艺和器件中使用的电活性聚合物致动器。例如，可以通过将多个盒12堆叠在一起、使三个盒具有多个层或使多个盒具有多个层来形成电活性聚合物。制造和生产考虑可能支持将单个盒堆叠在一起以形成电活性聚合物致动器。在这样做时，可以通过将通孔18、20电耦合在一起来维持各盒之间的电连通性，以使得相邻盒被耦合到同一电压源或电源。
[0054]图2A中示出的盒12包括由单个介电层26分离的三对电极32。在一种变形中，如图2B中所示，两个或更多盒12被堆叠在一起以形成耦合到惯性质量块50的电活性致动器14。可替换地，电活性致动器14可以通过临时附着板或框架直接耦合到电子媒体器件。如下面所讨论的那样，在期望时可以将电活性致动器14放置在腔52内，这允许致动器的移动。容器(pocket) 52可以被直接形成在触觉框的外壳中。可替换地，该容器52可以被形成在位于器件外壳内的单独框56中。如果该容器52被形成在单独框56中，则可以基于致动器14的需要来选择该单独框56的材料属性。例如，如果触觉外壳组件的主体是柔性的，则该单独框56可以被制成刚性的以提供对电活性致动器和/或质量块50的保护。无论如何，这里描述的器件和工艺的变形包括腔52的下述大小:其具有足以允许致动器14和/或质量块50移动的间隙，但具有足够接近以使得腔52屏障(例如触觉外壳或单独框56)用作防止电活性致动器14过度移动的限制的公差。这样的特征防止了致动器14的活性区域过度位移，过度位移可能缩短致动器的寿命或以其他方式损坏致动器。
[0055]可以在本文中通过引用并入且公开的共同转让的专利和专利申请中找到电活性聚合物膜的附加示例。卷对卷制造是引用生产高容量电活性聚合物器件的期望方式。卷对卷制造包括:以卷轴形式提供未经处理的库存膜材料，将该材料处理成库存材料展开卷轴以及最后在组装工艺完结时分割完成的电活性聚合物器件。还可以具有卷对薄片工艺，其中以分步重复方式使膜以区段前推。产线被组织为一系列处理站，并且膜区段沿卷筒逐个站地前推。
[0056]当尝试以高容量生产这些膜时，电活性聚合物膜的最终配置呈现出挑战。例如，在组装之前优选地将材料预应变到特定的很好控制的程度。在可变形衬底上，维持一致卷筒速度和张力以及配准多个印刷或图案化步骤尤其困难。此外，在制造工艺期间弹性材料通常易于损坏，并且该损坏可能限制完成的膜的性能和可靠性。
[0057]为了解决这些顾虑和限制，用于生产电活性聚合物器件的新颖工艺解决上面讨论的问题。在一种变形中，该工艺包括使库存膜材料300 (典型地，硅树脂)从防粘衬里(即，防止膜粘着在一起的材料的衬里)分离。然而，库存膜材料300可以包括用于制作电活性聚合物器件的任何材料，诸如在通过引用并入本文的参考文献中所公开。卷对卷工艺可以包括卷轴，其被处理成随着其经历各种制造工艺而释放库存膜材料300。例如，这样的处理可以包括TEFLON涂层或防止膜与卷轴粘附的其他释放(或不粘)涂层。卷轴还可以被覆盖有中间层，诸如工程表面、可移除衬里、顺应层或可变形层。工程表面的示例包括但不限于羊皮纸、网纹表面、筛网、不粘表面和聚合物薄片。可变形层的示例包括但不限于泡沫和软网材料，诸如由乙烯醋酸乙烯酯、硅树脂和聚氨酯制成的那些材料。在可替换变形中，该工艺可以包括利用直接来自直接产生膜材料96的挤压或其他制造工艺的馈送来替代库存膜材料300的卷轴。
[0058]随着膜材料96从库存卷轴300展开，可以再缠绕302将膜材料96的层分离的防粘衬里330。如这里指出的那样，膜材料96可以被预应变。在所示的变形中，使用例如以不同速度行进的卷轴302来沿机器方向(平行于材料96的行进的方向)拉伸膜材料96。然后，使用分离机构304来沿横向方向拉伸该材料96。变形包括同时在机器方向和横向方向上拉伸材料96 (即，双轴拉伸器)。期望的拉伸将取决于电活性聚合物器件的期望性能以及应用。例如，可以在机器方向和横向方向中的任一个或这二者上将材料拉伸30%。
[0059]在某些情况下，可以期望在拉伸之后提供对膜96的支撑层。如果是这样的话，可以将层压层308添加到膜96以提供用于对膜的处理的附加支撑。如下面所讨论的那样，层压308还用来降低膜96中断裂的发生率以及将破损区域限制于膜96的非临界区段。该层压层308有时被称为“防破裂(rip-stop)”层或膜。该防破裂层压层还可以包括允许膜96的进一步处理的任何数目的开口。尽管未示出，但是任何数目的切口可以被包括在防破裂层308中，只要提供支撑的能力没有失去且在处理期间膜96没有弯曲即可。防破裂层308可以包括任何数目的聚合物材料，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯和聚碳酸酯。防破裂层308可以具有表面处理以优化其与膜96的交互。为了提供足够支撑和抗撕裂性，防破裂层308应该具有对膜96的良好表面阻挡或接合。相应地，可以使用粘合层、涂层或带将防破裂层308层压到膜96。优选地，防破裂层308可以包括允许进入电活性聚合物器件中膜96的进一步处理的开口。可以通过任何传统工艺(诸如冲压、切割、蚀刻等等)来产生这些开口。尽管具有防破裂308的层压膜96可以通过如图3A中所示的制造工艺而进行。但是工艺的可替换变形可以包括在利用防破裂层308的层压之后再缠绕膜96。
[0060]可以将印刷层用作对层压防破裂层的替换。印刷材料可以是可被施加于膜且在比膜更坚韧且更抗撕裂的地方固化或干燥的任何材料。适当材料的示例包括但不限于聚氨酯、硅树脂、丙烯酸酯和环氧系统。
[0061]接下来，通过一个或多个电极印刷组件310来馈送具有防破裂308的膜96。电极印刷组件310还可以可选地针对膜96两侧上的电极印刷汇流条连接。任何数目的卷筒印刷工艺(包括柔性版印刷、凹版印刷(也被称为轮转凹版印刷或轮转印刷)、丝网印刷、旋转丝网印刷、喷墨印刷、气溶胶喷射印刷等等)可以生产电活性聚合物器件所必需的电极。可以针对由防破裂层中的开口引起的偏移来调整印刷工艺(例如，印刷卷轴可能已使轴套升高，该轴套被调准时间以印刷在膜96的未被层压部分)。此外，膜96卷筒位置的配准可能是确保电极被印刷在防破裂层压的开口内以及膜96的卷筒上所必需的。可以将在印刷或类似应用中常用的任何这样的配准应用于这里公开的工艺。
[0062]图3A还图示了在膜96的两个表面上进行的印刷。如上面所指出的那样，在膜96的每一侧上需要电极放置。在该工艺的可替换变形中，可以在膜96的单个侧上进行印刷，然后，该膜96在后续工艺中被再缠绕并利用在相对侧上进行的印刷而被再处理。可替换地，单侧印刷的膜可以被堆叠或层压，其中单个电极可以被用来对多层堆叠中的两个相邻膜提供服务。在任何情况下，配准可能是确保将电极印刷在膜材料的相对侧上以及膜的不同区段上处于制造公差之内所必需的。
[0063]一旦电极被放置在膜96上，就可以利用位于膜96的各层之间的插入或分离层314对该膜96再缠绕。可替换地，膜96可以继续附加处理以如这里所描述的那样组装电活性聚合物框架和支撑结构。
[0064]图3B图示了在生产双层电活性聚合物器件的工艺中对印刷弹性膜96材料的进一步处理的示例。如所示的那样，印刷膜96的两个源可以被馈送316或再缠绕且接合以形成双层的电活性聚合物膜96。根据期望的应用，可以可选地接合或层压该膜。接下来，可以在双层电活性聚合物膜96的两侧上将一个或多个盒框架318添加或接合到膜96。除了框架的放置之外，还可以通过每个电极将一个或多个输出条或中心盘320定位在双层电活性聚合物膜96的相对侧上。诸如弯曲部之类的结构元件也可以被放置到膜上。可以将附加印刷站用于印刷用于框架、弯曲部和输出条的粘合剂或结构材料。最后，可以从卷筒移除完成的电活性聚合物器件(例如模切、打孔、激光切割等等)。清楚地，工艺的变形可以包括在工艺的任何阶段之后移除材料，因此，可以在批处理中而不是在传送带组件系统上完成该器件。此外，工艺的变形包括对完成的电活性聚合物器件再缠绕以用于后续移除。
[0065]在可替换变形中，用于制作电活性聚合物器件的工艺可以包括弹性聚合物的UV、热或表面处理。本发明的发明人已经发现，在将电极沉积在膜上之前对该膜进行UV处理导致完成的致动器的改进冲程性能。尽管不希望被束缚于任何特定理论，但是本发明的发明人相信，UV暴露、硅树脂、聚氨酯、丙烯酸酯、烃橡胶、烯烃共聚物、聚偏二氟乙烯共聚物、氟橡胶、苯乙烯共聚物和粘合弹性体可能改变膜的表面能量以改进电极沉积的均匀性。此外，本发明的发明人推测，UV固化可能改变弹性体的体积模量或其他属性，从而使其更顺应，并且UV处理可以修改在制造工艺中热加载期间交联的聚合物膜中的残余功能组。
[0066]不管实际机制如何，本发明的发明人已经发现，UV固化是用于改进致动器的冲程性能的有效处理。在一个示例中，与非UV固化弹性体相比，UV固化使致动器的脉冲响应改进了 20%并以更低谐振频率表征致动器。UV固化的参数将根据最终电活性聚合物器件的期望应用和多种因素而改变。在一个示例中，发现了 6.5-7.0 J/cm2的UV固化是改进致动器的冲程性能的UV处理的最优点。UV固化(在沉积电极之前)的另一意料不到的优点是:UV固化和电极印刷之间的排队时间不是敏感因素。在由本发明的发明人进行的研究中，排队时间可以持续长达25天。该研究结果可能潜在地允许在使膜预应变期间或之后立即进行UV固化。在一些情况下，下述操作可以是可能的:在膜制造期间处理弹性体，以使得从弹性膜被制成时到如这里描述的处理该膜时保持这些优点。
[0067]尝试将卷对卷制造用于弹性膜(诸如硅树脂)的问题之一是:膜相对较薄(例如23 μ m)，同时具有非常低的模量。在不施加预应变的情况下顺应膜不能保持平坦，但是同时，膜可能容易撕裂或断裂。此外，为了确保器件被制造成满足高致动器性能，膜在印刷和层压期间需要高级别的施加应变。在框架未保持和维持预应变的情况下，被印刷在膜上的电极图案具有印刷图案的配准和变形可能较差的较高可能性。如果膜在印刷操作期间变形，则可以使该膜对于在电活性聚合物致动器中的使用来说不起作用。[0068]为了解决该问题，本发明制造工艺的变形包括将单轴预应变施加于电活性聚合物膜。实验已经示出:在某些条件下，单轴应变可以与规则双轴预应变膜的冲程性能相匹配。
[0069]与拉伸后的双轴预应变相同，可以由厚度的索引来限定单轴预应变量值。例如，单轴应变(厚度方向上67%和XY方向上0%应变)和双轴应变(两个方向上30%)可以具有类似的膜厚度范围。较长的输出条方向与单轴预应变方向平行。
[0070]为了在卷对卷系统中实现单轴预应变，可以使用如图4A和4B中所示的穿孔带状物360来在卷筒(纵向)方向上保持弹性膜96的两个边缘。可以通过在横向方向上拉伸该膜来施加单轴应变，而在卷筒方向上存在零预应变或低预应变。电活性聚合物盒的输出条可以被设计成与卷筒方向垂直。该工艺的一个变形包括在控制应变的程度和方向的同时使用穿孔(或链轮或针式馈送)卷轴来保持带状物和膜(参见图4C和4D)。
[0071]可以通过穿孔卷轴来精确地控制带状物360的横向和纵向位置，因此，局部应变将是一致且稳定的。这允许如这里所述的多个印刷和固化步骤。通过弹性膜96的两个长边缘上的两个带状物360之间的距离来限定主应变。
[0072]可以由比弹性膜硬得多的材料来构造带状物360。例如，带状物360可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯，其具有2800-3100MPa之间的杨氏模量，且抗拉强度是55_75MPa。相比之下，硅树脂(弹性膜的常见材料)具有l_5MPa的杨氏模量，且抗拉强度是5-8MPa。相应地，聚对苯二甲酸乙二醇酯是硅树脂膜的大约1000倍硬。
[0073]当通过卷轴362来施加张力时，大部分力将被施加到聚对苯二甲酸乙二醇酯带状物360而不是膜96。例如，假设卷筒上有5%的延长，则力的401个部分中的400个被施加到聚对苯二甲酸乙二醇酯带状物上，而I个部分被施加到硅树脂膜上(假设聚对苯二甲酸乙二醇酯是50 μ m厚且25mm宽；而硅树脂膜是25 μ m厚且500mm宽)。这避免了在硅树脂膜上直接使用张力卷轴以控制膜的应变的需要。如果使用了张力卷轴，则被施加于硅树脂膜的张力的任何小改变将导致膜延长的大改变，这将难以控制。
[0074]如果带状物由可拉伸材料构成或者被分段(例如利用穿孔线)，则可以利用穿孔带状物来完成双轴拉伸，因此，在沿着卷筒方向拉伸时带状物的区段可以分离，同时保持沿着卷筒的边缘与穿孔卷轴或导链啮合。
[0075]图5A图示在制造电活性聚合物换能器时有用的印刷工艺的一个变形。该工艺在换能器的大容量制造中可以尤其有用。图5A图示在用于大容量制造电活性聚合物致动器的丝网印刷工艺中使用的配置。在该变形中，利用附着到弹性膜96的背面的衬里342将该膜保持在框架340中。该衬里342帮助在丝网印刷工艺之后从铝真空工装344释放膜96。该衬里342还用于使膜96稳定，这改进了对印刷膜96的尺寸公差的控制。尽管衬里342是有效的，但是在降低制造工艺的吞吐量的同时，衬里的使用可能增加处理时间、设置时间和成本。此外，由于应用和移除衬里而增加的对电活性聚合物膜的处理可能增加对膜的损坏的可能性。此外，如果衬里不容易释放或者如果空气或其他颗粒变得被困在膜和衬里之间，则衬里可能使膜损坏。
[0076]图5B图示消除对与图5A中示出的衬里类似的衬里的需求的印刷配置的一个变形。在该变形中，电活性聚合物膜96保持固定到框架。该设置还包括基板(例如由铝或类似材料构成)，该基板具有用于保留膜96的真空开口 346。图5B中图示的变形包括工程顶表面348 (例如羊皮纸、筛网、聚合物薄片、网纹表面、不粘表面或类似材料)。该工程表面348应该具有足够的稳定(tack)属性，以使得其保持公差、提供从丝网的有差别释放、且在印刷工艺之后释放弹性膜96。该印刷配置还可以包括顺应中间层350，其为印刷产生相对较软、牢固且平稳的表面。顺应层350可以包括非常高接合粘合剂、橡胶或其他类似材料。如所示的那样，印刷工装配置可以包括真空孔隙346，以帮助在印刷期间将膜96保持在适当位置以及便于释放(经由真空力的终止)。
[0077]图5C演示用于膜96的丝网印刷的工装配置的又一变形。在该变形中，膜96在不使用任何类型的层(诸如图5A和5B中所述的工程表面或衬里)的情况下直接接触可变形层(诸如泡沫薄片352)。该可变形层提供了软工装效果且可以包括诸如乙烯醋酸乙烯酯泡沫之类的材料。在一个示例中，该可变形层包括具有2_厚度和75+/-5肖式(Shore)00硬度的乙烯醋酸乙烯酯膜。还可以使用其他软材料，诸如硅树脂和聚氨酯。该可变形层可以具有网纹或经处理表面以帮助其从膜的释放属性。关于其他变形，泡沫层352包括多个真空孔，其帮助将膜96固定到泡沫且在真空力终止时释放该膜。在具有一些开孔泡沫(open-celled foam)的情况下,可能不需要真空孔。
[0078]上面在图5C中所述的软工装通过允许形成帮助制造工艺的图案来提供附加优点。例如，如图6中所示，可以蚀刻泡沫层以产生与被印刷在弹性膜上的部分或特征的设计有关的图案356。图6中示出的图示与帮助在电活性聚合物器件上产生汇流条的图案356有关。当经修改的工装354接触膜(图6中未示出)时，软工装的压缩允许基于图案356的深度和/或大小的有差别的压力区。例如，在所示的经修改的软工装354中，包含图案356的区将产生比连续区358更低的压力的区。相应地，在丝网印刷期间，较低压力区将产生与印刷电极的剩余部分相比更大的印刷厚度。与需要顺序印刷步骤相比，在一个步骤中执行多个厚度印刷的能力具有改进吞吐量的潜力。
[0079]除了改进效率之外，产生变化厚度的区域的能力还得到改进的器件性能。例如，在一个示例中，利用经修改的软工装印刷较厚的汇流条得到利用未经修改的软工装产生的汇流条的电阻率的四分之一的汇流条电阻率。一般来说，基于初始印刷压力、工装硬度和油墨黏度来计算图案的深度。在一个示例中，给定1.7mm乙烯醋酸乙烯酯泡沫，则对于电极油墨，图案的深度的范围处于150-200 μ m之`间。
[0080]前面讨论的任一种工装配置可以可选地包括增强维护、适用性或改进性能的附加材料。这样的材料的示例包括但不限于涂层、粘合剂、脱模剂等等。这些工装配置还可以被用于印刷除导电电极油墨外的油墨，并印刷到可变形衬底上而不是用于电活性聚合物换能器的那些衬底上。
[0081]在本发明的另一实施例中，提供了一种演示在大应变循环下薄片电阻中的额外稳定性的有原纤维(网状)微结构。电活性聚合物结构包括介电聚合物膜和两个顺应电极。当跨越电极施加电压时，膜在面积上收缩和扩充。柔性版印刷，而不是丝网印刷，可以生产如图7B中示出的有原纤维(或网状)微结构。在这两种工艺中使用相同介电聚合物膜和碳墨，结合表1将通过丝网印刷制成的方形图案微结构(图7A中示出)与由柔性版印刷产生的该网状微结构进行比较展示出薄片电阻的一致性的显著改进。
[0082]表1
印刷工艺 I初始读数I对衬里的移除110次IOO1MY应变操纵—
圣网印刷 550T700~4500
羅￥版印刷|65|64卜0[0083]优选的柔性版层是:防破裂/电极/汇流条/粘合剂/压力敏感粘合剂。为了构建这样的鲁棒结构，电极的电导率应该在循环应变下被保持一致。关于丝网印刷，薄片电阻可以从25k改变到125k ;在生产柔性版工具的情况下，可以很好地控制一致性。
[0084]可替换地，可以通过控制油墨表面张力、产生介电膜的适当机械预张力或利用某些其他印刷工艺(诸如喷墨/气溶胶喷射/屏障/狭缝/线涂层)来制成类似的网状结构。卷轴上的图案也是具有不同角度的单元图案或线(曲线)图案的可能性的设计因素。控制有原纤维结构的密度可以允许在具有作为电极的较低电导率油墨的附加涂层或不具有该附加涂层的情况下将一种导电材料用于电荷分布。
[0085]通过某些印刷工艺或根据控制材料的表面张力润湿/去湿图案，可以构建本发明的有原纤维微结构以用作电极或总线线路。复杂掩模或模板可以不是产生这种网状图案所必需的。
[0086]图8-10示出使用夹有拉伸硅树脂膜的具有开口预切割图案的卷筒弯曲框架、力口载衬底以印刷多个层以及最后层压的本发明构思。可以以步进重复方式连续加载或前推衬底。如图8中所示，卷筒框架82在卷筒移动期间在形状上保持预应变硅树脂膜86而不变形。卷筒框架82类似于刚性铝框架，但是卷筒框架在Z方向上继续具有柔性，因此，它可以被卷轴88驱动。在硅树脂膜86的顶部81和底部82上存在两组卷筒框架81、82。可以使用表面张力、阻滞力、磁力(永久的或电驱动)或机械式联锁将硅树脂膜夹在卷筒框架81、82之间。卷筒框架保持器材料可以包括作为复合材料的橡胶涂覆的金属箔，允许Z方向上的柔性如卷轴那样移动以及允许X-Y方向上的刚性保持该膜。橡胶或涂层表面可以被设计成在完成层压之后从硅树脂膜释放，以使得在开始另一循环之前可以容易地清除在器件分割之后硅树脂膜的碎片。
[0087]如图9中所示，可以在卷筒90上顺序地对准若干个印刷站92、94 ;层压模块196是卷筒上的最后步骤。通过卷筒框架上预切割的开口窗口，存在用于将油墨沉积在硅树脂膜上的印刷站92。印刷方向可以与卷筒移动方向垂直以节约空间，因此，线可能更短。在(一个或多个)印刷站之间可能存在固化或干燥站(未示出)。为了节省时间或缩短卷筒路径的长度，在膜移动到后续印刷站之前，可以仅使油墨干燥或部分地固化油墨，而不是完全固化油墨。
[0088]在粘合剂印刷94之后，存在也可被布置在垂直方向上的层压站196。可以使用旋转模切站(未示出)来在卷轴上制成框架层的图案。预切割框架图案可以在一侧或两侧上具有压力敏感粘合剂，因此，其准备好层压。
[0089]用于四层电活性聚合物换能器的层压工艺的示例工艺流程如下:
1.将预切割框架层转移到层压站，作为框架顶层；
2.将卷筒框架保持器上具有粘合剂的层4转移到层压站，施加压力/热量并且移除卷筒框架保持器；
3.利用层3、2、1顺序地重复步骤2;
4.将预切割框架底层层压到堆叠。
[0090]可以在旋转模压切割机上预切割框架层。层压站可以具有热加热功能，用于对各层中间的粘合剂进行预固化以使得每个新层紧紧地粘附到先前层。在层压之后，可以将盒堆叠的整个薄片发送到固化站，以用于最后完全固化和利用模压切割机进行分割。[0091]该层可以具有不同的电极图案和汇流条。这可以在不引入额外印刷步骤的情况下完成。这样做的一种方式例如是使得左边电极/总线在丝网的左半部上且使得右边电极/总线在层的右半部上。可以预想许多其他组合来在单一的连续卷筒上产生它。
[0092]如图10中所示，在一个实施例中，产线的布局如下:拉伸一夹入一(一次或多次)印刷一层压。
[0093]夹层式框架-膜-框架上的卷筒移动可以比如所图示的卷筒移动更复杂。例如，可以包括用于翻转卷筒的装置，因此，可以利用丝网印刷或柔性版印刷来印刷膜的两侧。如果施加非接触印刷(诸如气溶胶喷射)，则可以同时印刷两侧以简化卷筒设计。
[0094]至于本发明的其他细节，可以采用如相关领域技术人员的水平内的与配置有关的材料和替换。就作为通常或逻辑上所采用的附加动作而言，就本发明的基于工艺的方面它们也适用。此外，尽管已经参考若干个示例描述了本发明(可选地合并各种特征)，但是本发明不限于如关于本发明的每个变形预期的那样所描述或指示的那些。可以在不偏离本发明的真实精神和范围的情况下对所述的发明做出的各种改变且可以替换等同物(不管在这里阐述的或为了简明一些没有被包括的)。可以在它们的设计中集成任何数目的所示各个部分或组件。可以通过组件设计的原理来采取或引导这些改变或其他。
[0095]此外，预期可以独立地或者结合这里所述的特征中的任一个或多个阐述和要求保护所述的本发明变形的任何可选特征。对单个项的参考包括存在多个呈现的相同项的可能性。更具体地，如这里所使用的且在所附权利要求中，单数形式“一”、“一个”、“所述”、和“该”包括多个所涉及的对象，除非以其他方式明确阐述。换言之，冠词的使用允许前面的描述以及后面的权利要求中主题项的“至少一个”。还要指出，可以撰写排除任何可选元件的权利要求。由此，意图使该声明用作结合权利要求元素的阐述来使用诸如“唯一地”、“仅仅”等等的这些排除性术语或使用“负面”限制的前置基础。在不使用这些排除性术语的情况下，权利要求中的术语“包括”应该虑及到任何附加元件的包括，不管权利要求中列举给定数目的元件，还是添加特征将被视为变换权利要求中所阐述的元件的性质。从另外的方面阐述，除非在这里明确限定的那样，在保持权利要求有效的同时，这里使用的所有技术和科学术语可以被给出尽可能宽的通常理解的含义。
【权利要求】
1.一种用于产生用于在可变形聚合物器件中使用的图案化可变形聚合物膜的工艺，该工艺包括: 将中间层定位在可变形膜和工艺工装之间；以及 通过沉积油墨来在所述可变形膜上印刷至少一个电极，以便在所述可变形膜的第一表面上形成所述至少一个电极，其中所述中间层允许在印刷工艺之后从工艺工装释放所述可变形膜。
2.根据权利要求1的工艺，其中通过从由下述各项构成的组中选择的一项来沉积油墨:丝网印刷、移印、凹版印刷、喷墨印刷、柔性版印刷和气溶胶喷射印刷。
3.根据权利要求1和2之一的工艺，其中所述中间层包括从由下述各项构成的组中选择的至少一项:工程表面、可移除衬里、顺应层和可变形层。
4.根据权利要求3的工艺，其中所述工程表面是从由下述各项构成的组中选择的表面:羊皮纸、网纹表面、不粘表面、筛网和聚合物薄片。
5.根据权利要求3的工艺，其中所述可变形层包括泡沫材料。
6.根据权利要求3的工艺，其中所述可变形层包括多个腔，其中所述腔允许在丝网印刷期间改变压力的区，以及其中该工艺还包括以变化的级别在所述可变形膜的第一表面上沉积油墨。
7.根据权利要求1至6中任一项的工艺，其中可变形聚合物膜包括电活性聚合物膜。
8.根据权利要求1至7中任一项的工艺，还包括: 从弹性材料的供给物前推弹性材料的可变形膜； 使所述可变形膜机械应变，以产生保持与弹性材料的供给物连续的第一预应变膜区段； 支撑所述第一预应变膜区段，以使得所述第一预应变膜区段包括被支撑部分和未被支撑部分； 沉积油墨以在所述第一预应变膜区段的未被支撑部分的第一侧上产生至少第一电极； 沉积油墨以在与所述第一电极相对的所述第一预应变膜区段的未被支撑部分的第二侧上产生至少第二电极，并且形成至少一个相对电极对以完成电活性聚合物膜的至少第一区段；以及 收集电活性聚合物膜的第一区段。
9.根据权利要求8的工艺，还包括: 使所述可变形膜机械应变，以产生保持与所述可变形膜连续的第二预应变膜区段；支撑所述第二预应变膜区段，以使得所述第二预应变膜区段包括被支撑部分和未被支撑部分； 沉积油墨以在所述第二预应变膜区段的未被支撑部分的第一侧上产生至少第一电极；以及 收集电活性聚合物膜的第二区段。
10.根据权利要求9的工艺，还包括将电活性聚合物膜的第一区段和第二区段堆叠或层压在一起。
11.根据权利要求8至10中任一项的工艺，还包括施加从由输出条、框架和弯曲部构成的组中选择的至少一个结构部件。
12.根据权利要求8的工艺，其中弹性材料的膜在所述膜的相应近和远边缘上包括第一和第二带状物构件，并且其中每一个带状物构件包括具有比所述膜的杨氏模量更大的杨氏模量的材料。
13.根据权利要求12的工艺，其中所述第一和第二带状物构件包括穿孔带状物构件，并且其中穿孔卷轴被用于使所述膜机械应变。
14.根据权利要求8的工艺，其中弹性材料的膜基本上在从由下述各项构成的组中选择的方向上机械应变:与前推膜的行进方向横切、与前推膜的行进方向平行、沿横向方向和平行方向均等、或者沿横向方向和平行方向的不均等组合。
15.根据权利要求8的工艺，其中所述膜以逐步的方式前推。
16.根据权利要求8的工艺，其中收集电活性聚合物膜的第一区段包括缠绕电活性聚合物膜的多个区段以形成电活性聚合物膜的卷轴。
17.根据权利要求16的工艺，还包括:将电活性聚合物膜的至少两个卷轴馈送到层压站中，以及将从由框架、输出条和弯曲部构成的组中选择的至少一项施加于电活性聚合物膜的至少第一层，以组装多层电活性聚合物致动器器件。
18.根据权利要求8至17中任一项的工艺，其中支撑所述第一预应变膜区段包括将支撑层施加于所述第一预应变膜区段。
19.根据权利要求1至18中任一项的工艺，其中预应变电活性聚合物具有低于IOOMPa的弹性模量。
20.根据权利要求1至`19中任一项的工艺，其中所述聚合器选自由下述各项构成的组:硅树脂、聚氨酯、丙烯酸酯、烃橡胶、烯烃共聚物、聚偏二氟乙烯共聚物、氟橡胶、苯乙烯共聚物以及粘合弹性体。
【文档编号】H01B13/00GK103688318SQ201280021427
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年3月1日 优先权日:2011年3月1日
【发明者】F.埃格龙, P.利普塔瓦特, J.梅, H.莫萨维纳扎里, X.全, M.A.罗森塔尔, W.D.萨瑟兰, C.A.维亚伯, L.L.怀特三世 申请人:拜耳知识产权有限责任公司